BÁO CÁO MÔN HỌC CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG HÓA HỌC (CHEMICAL PROCESSER)

BÁO CÁO MÔN HỌC CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG HÓA HỌC (CHEMICAL PROCESSER) Ngành: Kỹ thuật cơ khí Lớp: 18DCKA3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Phạm Bá Khiển SV thực hiện: Huỳnh Đăng Hoàn Thịnh Mã SV:1811041246 Lớp: 18DCKA3 3.2. METHODS OF CHEMICAL PROCESSING (CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG HÓA HỌC) I. Chemical Milling (Phay hóa) 1. Introduction (Giới thiệu) Chemical milling (CHM) is the controlled chemical dissolution (CD) of the workpiece material by contact with a strong reagent. Special coatings called maskants protect areas from which the metal is not to be removed. The process is used to produce pockets and contours and to remove materials from parts having a high strength-to-weight ratio. CHM consists of the following steps: Phay hóa là quá tình hòa tan hóa học có kiểm soát của vật liệu phôi khi tiếp xúc với chất hóa học phản ứng mạnh. Các lớp phủ đặc biệt gọi là lớp bảo vệ các khu vực mà mà kim loại không bị loại bỏ. Quy trình này được sử dụng để tạo nên các rãnh, đường và loại bỏ những phần cần gia công trên phôi được làm từ những vật liệu có cấu tạo bền vững. Phay hóa (CHM) bao gồm các bước sau: a. Preparing and precleaning the workpiece surface. This provides good adhesion of the masking material and assures the absence of contaminants that might interfere with the machining process. Chuẩn bị và làm sạch trước bề mặt phôi. Điều này cung cấp độ bám dính của lớp vật liệu lớp bảo vệ và đảm bảo không có tạp chất có thể gây trở ngại cho quá trình gia công b. Masking using readily strippable mask, which is chemically impregnable and adherent enough to stand chemical abrasion during etching. Dùng lớp bảo vệ có thể tách rời, nhưng không để bị thấm hóa chất ăn mòn và đủ dính để chịu mài mòn hóa học trong quá trình khắc

TRƯỜNGĐẠIHỌC CÔNGNGHỆTP.HỒCHÍ

MINH

BÁOCÁOMÔNHỌC CÁCPHƯƠNGPHÁPGIACÔNGĐẶCBIỆT

CÁCPHƯƠNGPHÁPGIACÔNGHÓA HỌC

(CHEMICALPROCESSER)

Ngành: Kỹthuậtcơkhí

Giảngviênhướngdẫn:Th.SPhạmBáKhiển

SVthựchiện:

HuỳnhĐăng HoànThịnh MãSV:1811041246 Lớp:18DCKA3

GIACÔNGHÓAHỌC)

I ChemicalMilling(Phayhóa)

1 Introduction(Giớithiệu)

Chemical milling (CHM) is the controlled chemical dissolution (CD) of

theworkpiece material by contact with a strong reagent Special coatings

calledmaskants protect areas from which the metal is not to be removed The process

isusedtoproducepocketsandcontoursandtoremovematerialsfrompartshavingahighstreng th-to-weightratio.CHMconsistsof thefollowingsteps:

Phay hóa là quá tình hòa tan hóa học có kiểm soát của vật liệu phôi khi

tiếpxúc với chất hóa học phản ứng mạnh Các lớp phủ đặc biệt gọi là lớp bảo vệ cáckhu vực mà mà kim loại không bị loại bỏ Quy trình này được sử dụng để tạo nêncácrãnh,

đườngvàloạibỏnhữngphầncầngiacôngtrênphôiđượclàmtừnhữngvậtliệucócấutạobền vững Phayhóa (CHM)baogồmcácbướcsau:

a Preparing and precleaning the workpiece surface This provides

goodadhesionofthemaskingmaterialandassurestheabsenceofcontaminantsthatmig htinterferewith themachiningprocess

Chuẩn bị và làm sạch trước bề mặt phôi Điều này cung cấp độ bám

dínhcủalớpvậtliệulớpbảovệvàđảmbảokhôngcótạpchấtcóthểgâytrởngạichoquátrình gia công

b Maskingusingreadilystrippablemask,whichischemicallyimpregnableandadh erentenoughtostandchemicalabrasionduringetching

Dùnglớpbảovệcóthểtáchrời, nhưngkhôngđể

bịthấmhóachấtănmònvàđủdínhđểchịu màimònhóahọctrong quátrìnhkhắc

c Scribing of the mask, which is guided by templates to expose the areas thatreceiveCHM.Thetypeofmaskselecteddependsonthesizeoftheworkpiece,thenumber

of parts to be made, and the desired resolution of details

Silk-screenmasksarepreferredforshallowcutsrequiringclosedimensionaltolerances

Đánhdấulênlớpbảovệ để biểudiễnnhữngphầncầnđược giacôngphay hóa(CHM) Loại lớp bảo được chọn phụ thuộc vào kích thước của phôi, số lượng cácbộ phận được chế tạo và độ ăn mòn mong muốn của các chi tiết Lớp bảo vệ đượcchọnưu

tiênchocácvếtcắtyêucầudungsai kích thướcgầnnhau.

d Theworkpieceisthenetchedandrinsed,andthemaskisremovedbeforethepartisfinis hed

Phôiđượckhắcvàrửasạchvàlớpbảovệđượcloạibỏtrướckhihoànthànhgiacông.

During CHM (Fig 3.1), the depth of the etch is controlled by the time

ofimmersion.Inordertoavoidunevenmachining,thechemicalsthatimpingeonthesurface being machined should be fresh The chemicals used are very corrosiveand, therefore, must be handled with adequate safety precautions Both the vaporsandthe effluents

mustbesuitablycontrolledforenvironmentalprotection

Agitationoftheworkpieceandfluidisusual;however,excessivesolutionflowmayresult inchanneling,grooves,orridges

Trong suốt thời gian phay hóa (hình 2.1), độ sâu của việc khắc được kiểm soátbởi thời gian ngâm của chi tiết gia công Để tránh gia công không đồng đều, cáchóa chất bề mặt được gia công phải mới Các chất hóa học được sử dụng rất dễăn mòn và do đó, phải được xử lý đầy đủ các biện pháp phòng ngừa an toàn Cảhơivànước

thảiphảiđược kiểmsoátphùhợpđểbảovệ môitrường.Sựkíchđộng

củaphôivàchấtlỏnglàbìnhthường;tuy nhiêndòngdungdịchquánhiềucóthểdẫnđến việctạorãnhhoặcgờ.

Figure2.1 :CHMsetup

Hình2.1 :lắpđặtchoquátrìnhphayhóa

 Workpiece:chitiếtgiacông

 Mask:Mặtnạ (lớpbảovệ)

 Hanger:Móctreo(giữchitiếttiếtgiacông)

 Undercut:Phầncắtxén

 Stirrter:Máykhuấy

 Heating:Dâylàmnóng

 Cooling:Dâylàmmát

 Chemicalreagent:Dungdịchhóahọc

When the mask is used, the machining action proceeds both inwardly from themasko pen in ga nd l a t e r a l l y b e n e a t h t he m a s k t hus c re a t i n g t he e t c h f a c t o r

s h o w n i n Fig.3.2.The etchfactoristhe ratiooftheundercutdtothe depthofetchT

Ngay cả khi lớp mặt nạ bảo vệ đã được phủ, sự ăn mòn trong quá trình gia côngvẫn có thể xảy ra ở các mặt bên của phần cần được gia công, do đó tạo ra một

hệ sốăn mòn được thể hiện trong Hình 2.2 Yếu tố ăn mòn là tỷ lệ của độ cắt xén d đến độsâukhắccủaT.

Góc dao

Trước khi ăn mòn

Lượng cắt

Chiều sâu mòn T

Sau khi ăn mòn

Đánh dấu mặt nạ bảo vệ

Khắc lần đầu

Đánh dấu mặt nạ bảo vệ nhắc lại

Khắc lần đầu và lần 2

Figure2.2 :EtchfactorafterCHM

Hình2 2 :HệsốănmònsaukhiPhayHóa.

CHMwillnoteliminatesurfaceirregularities,dents,scratches,orwaviness

SuccessivestepsofmaskremovalandimmersionasshowninFig.3.3canachievesteppedcuts

Quátrìnhgiacôngphayhóa(CHM)sẽkhôngloạibỏcácbấtthườngvềbềmặt,vếtlõm, vết xước hoặc các đường vân song Các bước tiếp theo của việc loại bỏ và ngâmphầnmặtnạ bảovệnhưhìnhminh họatrongHình2.3

Khắc lần 2

Figure2.3 :ContourcutsbyCHM

Hình2 3 :đườngcắtrãnhtạobởiphayhóa

2 ToolingforCHM(Côngcụchophayhóa)

ToolingforCHMisrelatively inexpensive andsimple tomodify.Four differ enttypesoftoolsarerequired:maskants,etchants,scribingtemplates,andaccessories

Công cụ cho phay hóa (CHM) tương đối rẻ và dễ thay sửa đổi Cần có 4 loại côngcụchính:lớp phủbảovệ(mặtnạbảo vệ),Vậtliệukhắc, Mẫuvẽvàphụkiện.

 Maskants.(Mặtnạ)

Maskants are generally used to protect parts of the workpiece where CD action isnot needed Synthetic or rubber base materials are frequently used Table 3.1 showsthe different maskants and etchants for several materials together with the etch rateandetchfactor.Maskants should,however,possess the followingproperties:

1 Betoughenoughtowithstandhandling

2 Adherewelltotheworkpiecesurface

3 Scribeeasily

4 Beinerttothechemicalreagentused

5 Beabletowithstandtheheatgeneratedbyetching

6 Beremovedeasilyandinexpensivelyafteretching

Lớp mặt nạ thường được sử dụng để bảo vệ các bộ phận của phôi không cần tácdụng của gia công phay hóa Đế tổng hợp hoặc cao su là vật liệu được sử dụngthường xuyên Bảng 2.1 cho thấy các loại mặt nạ khác nhau phù hợp với một số vậtliệu cùng với tỷ lệ ăn mòn và hệ số ăn mòn Tuy nhiên Mặt nạ nên có các đặc tính sauđây:

1 Đủcứngrắn,bềnvữngđểchịuđượcviệcxửlý.

2 Kếtdínhtốtvớibềmặtphôi.

3 Viết,đánhdấumộtcáchdễdang.

4 Trơvớichấthóahọc ănmònđượcsửdụng.

5 Cóthểchịuđượcnhiệtsinhradoănmòn.

6 Đượcloạibỏdễdàngsaukhikhắc.

Chi tiết gia công Chất ăn mòn Mặt nạ tỷ lệ ăn mònhệ số ăn mòn

Nhôm

Magnesium và Đồng

Thép Titan

Nikel Silicon

Table2.1:MarkantsandEtchantsforDifferentWorkpieceMaterials.

Bảng2.1:C á c l o ạ i lớpbảovệvàcácchấtănmònvớicácvậtliệukhácnhau.

 Etchants(Chấtănmòn)

Etchants (see Table 3.1) are acid or alkaline solutions maintained within a controlledrangeofchemicalcompositionandtemperature.Theirmaintechnicalgoalsareto achieve thefollowing:

Chấtănmòn(xemBảng3.1) làdungdịchaxithoặckiềmđược duytrìtrongphạmvithành phần hóa học được kiểm soát cùng nhiệt độ Các mục tiêu kỹ thuật củachúngphải đạt đượcnhững điều sau:

1 Goodsurfacefinish

2 Uniformityofmetalremoval

3 Controlofselectiveandintergranularattack

4 Controlofhydrogenabsorptioninthecaseoftitaniumalloys

5 Maintenanceofpersonalsafety

6 Bestpriceandreliabilityforthematerialstobeusedintheconstructionoftheprocess tank

7 Maintainanceofairqualityandavoidanceofpossibleenvironmentalproblems

8 Lowcostperunitweightdissolved

9 Abilitytoregeneratetheetchantsolutionand/orreadilyneutralizeanddisposeofitswaste

products

1 Hoànthiệnbềmặttốt.

2 Cótínhchấtđồngnhấtcủaviệcloạibỏkimloại.

3 Kiểmsoáttốtviệcphảnứngcóchọnlọcgiữacáchạt.

4 KiểmsoátsựhấpthuHydrotrongtrườnghợpdùngvớihợpkimtitan

5 Bảođảmantoànsửdụng.

6 Giáthànhvàđộtincậy tốtchocácvậtliệuđượcsửdụngtrongviệc xâydựngbểxửlý

7 Duytrìchấtlượngkhôngkhívàtránhcácvấnđềvềmôitrườngcóthểxảyratrongquátrình phản ứng hóahọc.

8 Chiphíthấpchomỗiđơnvịtrọnglượnghòatan.

9 Khảnăngtáitạocủachấthòatanvà/hoặc

sẵnchoviệctrunghòacũngnhưxửlýcácchấtthải củanó.

 Sribingtemplates(Mẫuvẽ/kẻ):

Scribing templates are used to define the areas for exposure to the

chemicalmachining action The most common workpiece scribing method is to cut the maskwith a sharp knife followed by careful peeling of the mask from the

selected areas.Layout lines or simple templates of metal or fiberglass guide the scribing

process.Figure3.5showsnumericalcontrol(NC)laserscribingofmasksforCHMofalargesurf ace area

Các mẫu vẽ/kẻ được sử dụng để xác định khu vực tiếp xúc với hoạt động gia

cônghóa học Phổ biến nhất là phương pháp ghi chép lên phôi là cắt lớp mặt nạ bảo vệbằngmộtcondaosắc bénsauđóbằngcáchlộtlớpbảovệcẩnthậntừcác khuvực

Laser (Vị trí đầu dò điện dung)

Bề mặt đã phủ

mặt nạ

Nguồn năng lượng laser

Thấu kính Laser CO2

Khí (làm mát)

Lớp mặt nạ

Thấu kính hội tụ Nhôm

đãchọn.Hình2.4chothấyghichépbằnglaserđiềukhiểnsố(NC)mặtnạchogiacôngphayhóa( CHM) códiệntích bềmặtlớn.

 Accessories(Phụkiện):

Accessoriesincludetanks,hooks,brackets,racks,andfixtures.Theseareusedforsingle-or-multiple-piece handlingintoandoutofthe etchantsandrinses

Phụkiệnbaogồmbểchứa, móc,giáđỡ,vàcácvậtdụngkhác.Chúngđượcsửdụngđể xử lý một hoặc nhiều các mảnh chi tiết sau khi được mang ra bể chứa chất ănmònvà đem đi rửa.

Figure2.4:LasercuttingofmaskforCHMoflargesurfaces

Hình2.4:Cắtlớpmặtnạbằnglaserchoquytrìnhgiacôngchitiếtcóbề mặtrộng.

3 Processparameter(Cácthôngsốcủaquátrình)

CHMprocessparametersincludethereagentsolutiontype,concentration,properties,mixin g,operatingtemperature,andcirculation.Theprocessisalso

affectedbythemaskantanditsapplication.Theseparameterswillhavedirectimpacts onthe workpieceregarding thefollowing:

1 Etchfactor(d/T)

2 Etchingandmachiningrate

3 Productiontolerance

4 Surfacefinish

Tomachinehigh-qualityandlow-costpartsusingCHM,wemustconsidertheheat treatment state of the workpiece, the grain size and range of the workpiecematerial, the size and finish control prior to CHM, the direction of rolling and weldjoints,andthedegreeof coldwork

Các thông số của quá trình phay hóa (CHM) bao gồm dung dịch thuốc

thử,nồng độ, đặc tính, cách trộn, nhiệt độ vận hành và tuần hoàn Các quá trình nàycũngbịảnhhưởngbớilớpmặtnạvàứngdụngcủanó.Các

thôngsốnàysẽcótácđộngtrựctiếp đếnphôiliên quanđến nhữngđiềusau:

1 Hệsốănmòn(d/T).

2 Tốc độkhắcvàgiacông.

3 Dungsaisảnxuất.

4 Mứcđộhoànthiệnbềmặt.

Để gia công các chi tiết chất lượng cao và chi phí thấp khi dùng phương phápphayhóa(CHM),chúngtaphảixemxéttrạngtháinhiệtluyệncủaphôi,kíchthướchạt và phạm vi của vật liệu phôi, kích thước và kiểm độ hoàn thiện trước khi

phayhóa(CHM),hướngcánvàhàncácmốinối,mứcđộgiacôngnguội.

4.M a terialremovalrate(Tỷlệloạibỏvậtliệu)

The material removal or etch rate depends upon the chemical

andmetallurgical uniformity of the workpiece and the uniformity of the

solutiontemperature As shown in Figs 3.6 and 3.7, castings, having the largest grainsize,showtheroughestsurfacetogetherwiththelowestmachiningrate.Rolled

metal sheets have the highest machining rate accompanied by the best

surfacequality Etching rates were high for hard metals and were low for softer ones(MetalsHandbook,1989).Generally,thehighetchrateisaccompaniedbyalowsurfac

e roughnessand,hence,narrowmachining tolerances

Tốc độ loại bỏ hoặc khắc vật liệu phụ thuộc vào tính đồng nhất về hóa họcvà luyện kim của phôi và tính đồng nhất của nhiệt dộ dung dịch Như thể hiệntrong Hình 2.5 và 2.6, đúc có kích thước lớn nhất, hiển thị bề mặt thô ráp nhấtcùng với tốc độ gia công thấp nhất Tấm kim loại cuộn có tốc độ gia công caonhất đi kèm với chất lượng bề mặt tốt nhất Tỷ lệ khai thác cao đối với kim loạicứngvàthấpđốivớikimloạimềm(SổTayKimLoạinăm1989).Nóichungtỷlệkhắccao đikèm vớiđộ nhámbềmặtthấpvàdođó,dung saigiacônghẹp.

Figure2.5:CHMaverageroughnessofsomealloysafterremoving0.25to0.4mm

Hình2 5:Độnhámtrungbìnhgiacôngphay hóacủamộtsốhợpkimsaukhiloại

bỏtừ0.25đến0.4mm

0.4mm Hình2.6:Độnhám bề mặtvàtỷlệkhắccủamộtsốhợpkimsaukhiloạibỏ0.25

đến0.4mm

 Materialtype:Loạivậtliệu

 Aluminumalloy:Hợpkimnhôm

 Molybdenum:Môlípđen

 Colubium:Kimloạikiềm

 Steels:Thép

 Nickelalloys:Hộpkimniken

 Titanium:Titan

 Tantalium:Tantalium

 Surfaceroughness:Bềmặtnhám

 Etchrate:Tốcđộănmòn

 Casting:Rèn

 Forging:Đúc

 Sheet:Dậptấm

2 Advantages(Cácưuđiểm)

 Weightreductionispossibleoncomplexcontoursthataredifficulttomachineusingcon ventionalmethods

 Simultaneousmaterialremoval,fromallsurfaces,improvesproductivityandreduces

wrapping

 Noburrsareformed

 Nostressisintroducedtotheworkpiece,whichminimizesthepartdistortionandmakes machining of delicatepartspossible

 Acontinuoustaperoncontouredsectionsisachievable

 Thecapitalcostofequipment,usedformachininglargecomponents,isrelativelylow

 Designchangescanbeimplementedquickly

 Alessskilledoperatorisneeded

 Toolingcostsareminor



Thegoodsurfacequalityinadditiontotheabsenceofburrseliminatestheneedforfinishin

g operations

 Multiplepartshavingfinedetailscanbemachinedbythegangmethod

 Decorativefinishesandextensivethin-webareasarepossible

 Therearelowscraprates(3percent)

Quátrìnhnàycócácưuđiểmsau:

 Cóthểgiảmtrọnglượngnhữngđườngviềnphứctạpmàmáysửdụngcácphươngphápthông thường khólàm được.

 Đồngthờiloạibỏvậtliệukhỏitấtcảcácbềmặt, cảithiệnnăngsuấtvàgiảmhaophí

 Khôngcógờđượchìnhthành

 Khôngcóứngsuấtnào đượcđưavàophôi, giúp

giảmthiểusựbiếndạngcủachitiếtgiacôngvà cácchi tiếttinhvi.

 Cóthể đạtđược độcônliêntụctrêncácđoạnđườngviền

 Giávốncủathiếtbịđượcsửdụngđểgiacônglàtươngđốithấp

 Cácthayđổithiếtkếcóthể đượcthựchiệnnhanhchóng

 Dễdàng đểvậnhành

 Chiphídụngcụnhỏ.

 Chấtlượngbề mặttốtcùngvớiviệckhôngcógờgiúploạibỏnhucầuvề

hoạtđộnghoànthiện

 Nhiềubộphậncócácchitiếtnhỏcóthể đượcgia côngbằngphươngpháp gang.

 Cóthểhoànthiệncáckhuvựcmỏng,rộng

 Tỷlệphếphẩmthấp(3%).

3 Limitation(Hạnchế)

CHMdoeshavelimitationsandareasofdisadvantage:

 Onlyshallowcutsarepractical:upto12.27mmforsheetsandplates,3.83mmonextrusions, and 6.39 mmon forgings

 Handlinganddisposalofchemicalscanbetroublesome

 Handmasking,scribing,andstrippingcanbetime-consuming,repetitive,andtedious

 Surfaceimperfectionsarereproducedinthemachinedparts

 Metallurgicalhomogeneoussurfacesarerequiredforbestresults

 Deepnarrowcutsaredifficulttoproduce

 Filletradiiarefixedbythedepthofcut

 Porouscastingsyieldunevenetchedsurfaces

 Weldedareasfrequentlyetchatratesthatdifferfrom thebasemetal

 Materialremovalfromonesideofresiduallystressedmaterialcanresultinaconsiderabled istortion

 The absence of residual stresses on the chemically machined surfaces can produceunfavorablefatiguestrengthcomparedwiththeprocessesthatinducecompressiveresid ualstresses

 Hydrogenpickupandintergranularattackareaproblemwithsomematerials

 Thestraightnessofthewallsissubjecttofilletandundercuttinglimitations

 Scribingaccuracyislimitedandcomplexdesignsbecomeexpensive

 Steeptapersarenotpractical.

Giacôngphayhóa(CHM)cũngcónhữnghạnchế vàbấtlợisau:

 Chỉcócác

vếtcắtvớiđộnônglàhiệuquả:khoảngtừ12.27mmđốivớitấmmỏngvàdày,3.83mmtrên phôidạnghộp,ốngvà 6.39trênphôi dập.

 Việcxửlý vàtiêuhủyhóachấtcóthể gâyrắc rối.

 Vẽđánhdấubằngtay hoặckhuôn,tháokhuôncóthểtốnnhiềuthời gian, quátrìnhlặpđi lặplại khiếngặptrở ngại.

 Cácbềmặtphảiđồngnhấttrongluyệnkimđể đạtkếtquảtốtnhất

 Khótạovếtcắtsâuvàhẹp

 Bánkínhbotrònđượccốđịnhtheochiềusâucủavếtcắt

 Cácvậtđúc xốpmanglạibềmặtkhắckhông đồngđều

 Cáckhuvựcđược hàncótỷ lệ khắc khácvớinhữngchỗnguyênbản

 Loạibỏvậtliệukhỏimộtmặtcủavậtliệuứngsuấtdưcóthểdẫnđếnsựbiếndạngđángkể.

 Khôngcóứngsuấtdưtrênbề mặtđược giacônghóahọccóthể tạorađộbềnmỏibấtlợi sovớicácquátrìnhtạo ra ứngsuất dư nén.

 Hấpthụhydrovàphảnứngmạnhgiữacác phântửlàmộtvấnđềlớnvới1sốvậtliệu

 Độthẳngcủachitiếtphảichịucác giớihạnvềđườngcắtvàđườngbo

 Độchínhxáccủanétvẽchotrướcbịhạnchếvàcácthiếtkế

phứctạpthìviệcgiacôngtrởnênđắt đỏ

 Giacôngvòicônkhôngkhảthi.

4 Applications(Ứngdụng)

All the common metals including aluminum, copper, zinc, steel, lead, and

nickelcanbechemicallymachined.Manyexoticmetalssuchastitanium,molybdenum,andzirconiu

m, as well as nonmetallic materials including glass, ceramics, and someplastics,canalsobe

usedwiththeprocess.CHMapplicationsrangefrom large