BÁO cáo môn học các PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG đặc BIỆT các PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG hóa học (CHEMICAL PROCESSER)

Khi chi tiết được nhúng chìm trong dung dịch khắc hóa, những phần của chi tiết không có lớp bảo vệ sẽ bị tác động hóa học.. phương pháp ăn mòn thường dung là biến vật liệu gia công thành

BÁO CÁO MÔN HỌC CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG ĐẶC BIỆT

CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG HÓA HỌC

Sau quá trình học môn các phương pháp gia công đặc biệt và nhóm được thầyPhạm Bá Khiển giao đề tài “ Tiểu luận về các phương pháp gia công hóahọc(Chemical Processes)” làm tiểu luận báo cáo kết thúc môn Các công việc chúng

em đã hoàn thành trong tiểu luận môn học các phương pháp gia công hóa bao gồm 2mục chính :

- BACKGROUND INTRODUCTION (Giới thiệu sơ lược)

- METHODS OF CHEMICAL PROCESSING ( Các phương pháp gia công điện hóa)

Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy bộ môn khuôn dập Thầy Th.s Phạm BáKhiển đã góp ý và đưa ra ý kiến tạo điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành tiểuluận môn với chất lượng tốt nhất trong thời gian thầy đã dạy trên lớp Mặc dù đã cónhiều cố gắng nhưng do thời gian và kiến thức có hạn chế nên tiểu luận không tránhkhỏi những sự sai xót, chúng em mong nhận được sự góp ý và thông cảm của quýthầy cô Chúng em sẽ luôn lắng nghe và lấy nhừng lời nhận xét phê bình của quý thầy

cô để chúng em làm nền tảng cho đồ án tốt nghiệp sắp tới

Em xin chân thành cảm ơn!

Long an, Ngày 6 tháng 01 năm 2021

Sinh viên thực hiện:

Đặng Văn Hữu Nghĩa

Võ Hoàng Minh

CHƯƠNG 1: BACKGROUND INTRODUCTION (GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC) .

1

I Machining principle (nguyên lý gia công): 1

II. Technology method and technology ability (Các phương pháp công nghệ và khả năng công nghệ): 1

1. Clean the workpiece (Làm sạch chi tiết gia công): 1

2 Create a layer of protection (Tạo một lớp bảo vệ): 2

3 Peel the workpiece (bóc chi tiết gia công) 2

4. Remove the protective layer (Loại lớp bảo vệ): 3

CHƯƠNG 2: METHODS OF CHEMICAL PROCESSING (CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG HÓA HỌC) 6

I Chemical Milling (Phay hóa) 6

1 Introduction (Giới thiệu) 6

2 Tooling for CHM (Công cụ cho phay hóa) 11

3 Process parameter (Các thông số của quá trình) 16

4 Material removal rate (Tỷ lệ loại bỏ vật liệu) 17

5 Advantages (Các ưu điểm) 21

6 Limitation (Hạn chế) 22

7 Applications (Ứng dụng) 24

II Photochemical Machining (Gia công quang hóa) 26

1 Introduction (Giới thiệu) 26

2 Process description (Miêu tả quá trình gia công) 28

3. Applications (Ứng dụng) 32

CHƯƠNG 1: BACKGROUND INTRODUCTION (GIỚI

THIỆU SƠ LƯỢC)

I Machining principle (nguyên lý gia công):

Chemical machining is an non-traditional machining method, in which the material isseparated when it reacting with a strong corrosive substance.This machining method wasused for the first time after World War 2 in aircraft manufacturing technology

Many chemicals are used to separate material from a work piece by various methods

Gia công hóa là phương pháp gia công không truyền thống, trong đó vật được tách ra khi tiếp xúc trực tiếp với 1 chất khắc hóa mạnh Phương pháp gia công này được sử lần đầu tiên sau Chiến Tranh Thế Giới Thứ 2 trong công nghệ sản xuất máy bay Nhiều hóa chất khác nhau dung để tách vật liệu từ 1 chi tiết gia công bằng nhiều phương pháp khác nhau.

II Technology method and technology ability (Các phương pháp công nghệ và khả năng công nghệ):

The machining method includes many steps, depending on the application

needs and the type of processing, the steps to be performed will be:

Phương pháp gia công hóa gồm nhiều bước tùy theo nhu cầu ứng dụng và

dạng gia công mà các bước thực hiện sẽ là:

1 Clean the workpiece (Làm sạch chi tiết gia công):

The first step is a part cleaning operation to ensure that material is evenly

peeled from the work surface

Bước đầu tiên là nguyên công làm sạch chi tiết để đảm bảo cho vật liệu được bóc đi đồng đều từ mặt gia công.

2 Create a layer of protection (Tạo một lớp bảo vệ):

A protective coating is applied to certain surfaces of the part this protective layer is made of a material that is resistant to the corrosive effects of acid So it will be coated on surface that do not need to be machined The material of the protective layer are

Neoprene, Polvinil, Chloride and some kind of Polyme Layer protection can be done in many ways like: Cut and peel, Optical resistantce, Grid capacity resistantce

Một lớp phủ bảo vệ được đắp lên một số bề mặt nào đó của chi tiết Lớp bảo vệ này được làm bằng vật liệu có khả năng chống lại tác dụng ăn mòn của chất khắc axit Vì vậy nó sẽ được phủ lên những bề mặt không cần gia công Những vật liệu của lớp bảo vệ là Neoprene, Polivinil, Choloride và các Polymer khác Lớp bảo vệ

có thể được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau như: Cắt và bóc, Kháng quang, Kháng dung lưới.

3 Peel the workpiece (bóc chi tiết gia công)

This is the material removal step When the part is immersed in a corrosive liquid, parts of the workpiece that do not have a protective layer will be chemically affected The commonly used corrosive method is turn the workpiece into a salt dissolved in the corrosive liquid, so that the material is removed from the surface After the desiredamount of material is removed, the part is removed from the corrosive liquid and washed

Đây là bước bóc vật liệu Khi chi tiết được nhúng chìm trong dung dịch khắc hóa, những phần của chi tiết không có lớp bảo vệ sẽ bị tác động hóa học phương pháp ăn mòn thường dung là biến vật liệu gia công thành muối hòa tan trong dung dịch khắc hóa, do đó vật liệu được bóc ra khỏi bề mặt sau khi một lượng vật liệu mong muốn được bóc đi, chi tiết sẽ được lấy ra khỏi dung dịch khắc hóa và rửa sạch.

The choice of corrosive chemicals depends on the material of the work piece, thedesired depth and material removal rate, the surface roughness requirements

Corrosive chemicals must also be matched to the type of protectant to ensure that the coating material is not chemically affected by the crossive substance

Sự lựa chọn chất khắc hóa phụ thuộc vào vật liệu của chi tiết gia công, chiều sâu mong muốn và tốc độ bóc vật liệu, các yêu cầu về độ nhám bề mặt Các chất khắc hóa cũng phải phù hợp với loại chất bảo vệ để đảm bảo rằng vật liệu của lớp bảo vệ không tác động hóa học bởi chất khắc hóa.

4. Remove the protective layer (Loại lớp bảo vệ):

The protective layer is separated from the part surface

Lớp bảo vệ được tách ra khỏi bề mặt chi tiết.

 The two steps in chemical machining have a significant influence on the

material method, the machining parameters being the the protective layer

(2) and peel the workpiece (3)

 Hai bước trong gia công hóa có ảnh hưởng đáng kể về mặt phương pháp, vật liệu, các thông số gia công là bước tạo lớp bảo vệ (2) và khắc hóa (3)

 The material removal rate in chemical machining is usually expressed as the

penetration rate mm/min The rate at which chemical action is applied to workpiece’s

material, because the abrasive is directed directly at the surface Infiltration rate is not

affected by surface area The penetration rates listed in table 1.1 are typical values for the

given workpiece and corrosive liquid

 Tốc độ bóc vật liệu trong gia công hóa thường được biểu thị bằng tốc độ thấm mm/phút Là tốc độ tác động hóa học vào vật liệu của chi tiết gia công, bởi chất khắc được hướng thẳng vào bề mặt Tốc độ thấm không bị ảnh hưởng bởi diện tích bề mặt Các tốc độ thấm được liệt kê trong bảng 1.1 là các giá trị điển hình cho vật liệu gia công và chất khắc

đã cho.

Corrossive Seepage Corrosion

Table 1.1: corrosive substances corresponding to the work material

be calculate when designing the protection layer so that the resulting cut has a definite size The ratio constant for material is called the corrosion coefficient and is determined

as follow:

 Chiều sâu cắt trong gia công hóa có thể đến 12.5mm cho những tấm chi tiết bằng kim loại của máy bay Tuy nhiên trong nhiều trường hợp ứng dụng gia công hóa, chiều sâu yêu cầu chỉ vài phần nghìn mm hay thậm chí hơn Cùng với tác động thấm vào chi tiết, quá trình khắc hóa cũng có thể xảy ra phía dưới mặt bên trong của lớp bảo vệ Hiệu ứng này họi là hiện tượng cắt lẹm

và phải được tính đến khi thiết kế lớp bảo vệ để phần cắt phát sinh có kích thước xác định được Hằng số tỉ lệ đối với vật liệu này gọi là hệ số khắc

và được xác định như sau:

Fe=U/d

Fe: Corrosive coefficient (hệ số khắc)

U: Lower cut length (mm) (độ dài cắt dưới) d: cutting

depth (mm) (chiều sâu cắt)

Protective layer Edge of the protective layer

phenomenon in machining

Hình 1.1: Hiện tượng cắt lẹm trong gia công hóa

CHƯƠNG 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 theworkpiece 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:

1 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

2 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

3 Scribing of the mask, which is guided by templates to expose the areas that receive CHM The type of mask selected depends on the size of the workpiece, the number of parts to be made, and the desired resolution of details Silk-screen masks are preferred for shallow cuts requiring close dimensional tolerances

Đánh dấu lên lớp bảo vệ để biểu diễn những phần cần được gia công phay hóa (CHM) Loại lớp bảo được chọn phụ thuộc vào kích thước của phôi, số lượng các bộ phận được chế tạo và độ ăn mòn mong muốn của các chi tiết Lớp bảo vệ được chọn ưu tiên cho các vết cắt yêu cầu dung sai kích thước gần nhau.

4 The workpiece is then etched and rinsed, and the mask is removed beforethe part is finished

Phôi được khắc và rửa sạch và lớp bảo vệ được loại bỏ trước khi hoàn thành gia công.

During CHM (Fig 3.1), the depth of the etch is controlled by the time of immersion In order to avoid uneven machining, the chemicals that impinge onthe surface being machined should be fresh The chemicals used are very corrosive and, therefore, must be handled with adequate safety precautions Both the vapors and the effluents must be suitably controlled for

environmental protection Agitation of the workpiece and fluid is usual;

however, excessive solution flow may result in channeling, grooves, or ridges

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

ngừa an toàn Cả hơi và nước thải phải được kiểm soát phù hợp để bảo vệ môi trường Sự kích động của phôi và chất lỏng là bình thường; tuy nhiên dòng dung dịch quá nhiều có thể dẫn đến việc tạo rãnh hoặc gờ.

Figure 2.1: CHM setupHình 2.1: lắp đặt cho quá trình phay hóa

Workpiece: chi tiết gia công

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

hệ số ăn mòn được thể hiện trong Hình 2.2 Yếu tố ăn mòn là tỷ lệ của độ cắt xén d đến độ sâu khắc của T.

Góc dao

Trước khi ăn mòn

Lượng cắt

Chiều sâu mòn T

Sau khi ăn mòn

Figure 2.2: Etch factor after CHM Hình 2.2: Hệ số ăn mòn sau khi Phay Hóa.

CHM will not eliminate surface irregularities, dents, scratches, or waviness Successive steps of mask removal and immersion as shown in Fig 3.3 can achievestepped cuts

Quá trình gia công phay hóa (CHM) sẽ không loại bỏ các bất thường về bề mặt, vết lõm, vết xước hoặc các đường vân song Các bước tiếp theo của việc loại

bỏ và ngâm phần mặt nạ bảo vệ như hình minh họa trong Hình 2.3

Đánh dấu mặt nạ bảo vệ

Khắc lần đầu

Đánh dấu mặt nạ bảo vệ nhắc lại

Khắc lần đầu và lần 2 Khắc lần 2

Figure 2.3: Contour cuts by CHM Hình 2.3: đường cắt rãnh tạo bởi phay hóa

2 Tooling for CHM (Công cụ cho phay hóa)

Tooling for CHM is relatively inexpensive and simple to modify Four differenttypes of tools are required: maskants, etchants, scribing templates, and accessories

Công cụ cho phay hóa (CHM) tương đối rẻ và dễ thay sửa đổi Cần có 4 loại công cụ chính: lớp phủ bảo vệ (mặt nạ bảo vệ), Vật liệu khắc, Mẫu vẽ và phụ kiện.

Maskants are generally used to protect parts of the workpiece where CD action

is not needed Synthetic or rubber base materials are frequently used Table 3.1shows the different maskants and etchants for several materials together with theetch rate and etch factor Maskants should, however, possess the followingproperties:

1 Be tough enough to withstand handling

2 Adhere well to the workpiece surface

3 Scribe easily

4 Be inert to the chemical reagent used

5 Be able to withstand the heat generated by etching

6 Be removed easily and inexpensively after etching

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

1 Đủ cứng rắn, bền vững để chịu được việc xử lý.

2 Kết dính tốt với bề mặt phôi.

3 Viết, đánh dấu một cách dễ dang.

4 Trơ với chất hóa học ăn mòn được sử dụng.

5 Có thể chịu được nhiệt sinh ra do ăn mòn.

6 Được loại bỏ dễ dàng sau khi khắc.

Etchants (see Table 3.1) are acid or alkaline solutions maintained within a

controlled range of chemical composition and temperature Their main

technical goals are to achieve the following:

Chất ăn mòn (xem Bảng 3.1) là dung dịch axit hoặc kiềm được duy trì trong phạm

vi thành phần hóa học được kiểm soát cùng nhiệt độ Các mục tiêu kỹ thuật của chúng phải đạt được những điều sau:

1 Good surface finish

2 Uniformity of metal removal

3 Control of selective and intergranular attack

4 Control of hydrogen absorption in the case of titanium alloys

5 Maintenance of personal safety

6 Best price and reliability for the materials to be used in the construction of the process tank

7 Maintainance of air quality and avoidance of possible environmental problems

8 Low cost per unit weight dissolved

9 Ability to regenerate the etchant solution and/or readily neutralize and dispose ofits waste products

1 Hoàn thiện bề mặt tốt.

2 Có tính chất đồng nhất của việc loại bỏ kim loại.

3 Kiểm soát tốt việc phản ứng có chọn lọc giữa các hạt.

4 Kiểm soát sự hấp thu Hydro trong trường hợp dùng với hợp kim titan

8 Chi phí thấp cho mỗi đơn vị trọng lượng hòa tan.

9 Khả năng tái tạo của chất hòa tan và/hoặc sẵn cho việc trung hòa cũng như xử

lý các chất thải của nó.

 Sribing templates (Mẫu vẽ/kẻ):

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

machining action The most common workpiece scribing method is to cut the

mask with 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 Figure 3.5 shows numerical control (NC) laser scribing ofmasks for CHM of a large surface area

Các mẫu vẽ/kẻ được sử dụng để xác định khu vực tiếp xúc với hoạt động gia công hóa học Phổ biến nhất là phương pháp ghi chép lên phôi là cắt lớp mặt nạ bảo vệ bằng một con dao sắc bén sau đó bằng cách lột lớp bảo vệ cẩn thận từ các khu vực đã chọn Hình 2.4 cho thấy ghi chép bằng laser điều khiển số (NC) mặt nạ cho gia công phay hóa (CHM) có diện tích bề mặt lớn.

 Accessories (Phụ kiện):

Accessories include tanks, hooks, brackets, racks, and fixtures These are used forsingle- or-multiple-piece handling into and out of the etchants and rinses

Phụ kiện bao gồm bể chứa, móc, giá đỡ, và các vật dụng khác Chúng được

sử dụng để xử lý một hoặc nhiều các mảnh chi tiết sau khi được mang ra bể chứa chất ăn mòn và đem đi rửa.

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

Figure 2.4: Laser cutting of mask for CHM of large surfaces Hình 2.4: Cắt lớp mặt nạ bằng laser cho quy trình gia công chi tiết

có bề mặt rộng.

3 Process parameter (Các thông số của quá trình)

CHM process parameters include the reagent solution type,

concentration, properties, mixing, operating temperature, and circulation The

process is also affected by the maskant and its application These parameters

will have direct impacts on the workpiece regarding the following:

1 Etch factor (d/T )

2 Etching and machining rate

3 Production tolerance

4 Surface finish

To machine high-quality and low-cost parts using CHM, we must consider the heat treatment state of the workpiece, the grain size and range of the workpiece material, the size and finish control prior to CHM, the direction

of rolling and weld joints, and the degree of cold work

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 này cũng bị ảnh hưởng bới lớp mặt nạ và ứng dụng của nó Các thông số này sẽ có tác động trực tiếp đến phôi liên quan đến những điều sau:

độ gia công nguội.

4 Material removal rate (Tỷ lệ loại bỏ vật liệu)

The material removal or etch rate depends upon the chemical andmetallurgical uniformity of the workpiece and the uniformity of

the solution

temperature As shown in Figs 3.6 and 3.7, castings, having the largest grainsize, show the roughest surface together with the lowest machining rate Rolled metal sheets have the highest machining rate accompanied by the best surface quality Etching rates were high for hard metals and were low for softer ones (Metals Handbook, 1989) Generally, the high etch rate is accompanied by a low surface roughness and, hence, narrow machining tolerances.

Tốc độ loại bỏ hoặc khắc vật liệu phụ thuộc vào tính đồng nhất về hóa học và luyện kim của phôi và tính đồng nhất của nhiệt dộ dung dịch Như thể hiện trong Hình 2.5 và 2.6, đúc có kích thước lớn nhất, hiển thị bề mặt thô ráp nhất cùng với tốc độ gia công thấp nhất Tấm kim loại cuộn có tốc độ gia công cao nhất đi kèm với chất lượng bề mặt tốt nhất Tỷ lệ khai thác cao đối với kim loại cứng và thấp đối với kim loại mềm (Sổ Tay Kim Loại năm 1989) Nói chung tỷ lệ khắc cao đi kèm với độ nhám bề mặt thấp và do đó, dung sai gia công hẹp.

Figure 2.5: CHM average roughness of some alloys after removing

0.25 to 0.4mm Hình 2.5: Độ nhám trung bình gia công phay hóa của một số hợp

kim sau khi loại bỏ từ 0.25 đến 0.4mm