Bài giảng công nghệ chế tạo máy 2 bài 2 lê qúy đức

I- ĐẶC ĐIỂM CHUNG1 - Chất lượng và năng suất gia công không phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu gia công mà chỉ phụ thuộc thông số nhiệt và thành phần hoá học của nó.. 2- KHẢ NĂNG

B ÀI 2: PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG

ĐIỆN VẬT LÝ VÀ ĐIỆN HOÁ HỌC

1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG

2 GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP TIA LỬA ĐIỆN

3 GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG LAZE

4 GIA CÔNG BẰNG SIÊU ÂM

5 GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG ĐIỆN HÓA

6 GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHỐI HỢP.

I- ĐẶC ĐIỂM CHUNG

1 - Chất lượng và năng suất gia công không phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu gia công mà chỉ phụ thuộc thông số nhiệt và thành phần hoá học của nó.

2- Có khả năng đạt độ chính xác cao ngay cả khi không thực hiện được bằng các biện pháp g/công cắt gọt thông thường 3- Không cần d/cụ g/công có độ cứng cao hơn vật liệu gia công 4- Tiết kiệm được nguyên v/liệu, nâng cao hệ số sử dụng v/liệu 5- Công nghệ tương đối đơn giản, có khả năng gia công một bộ phận nhỏ trên chi tiết lớn.

6- Dễ cơ khí hoá và tự động hoá.

7- Năng suất gia công nói chung thấp.

8- Gia công các bề mặt phức tạp và vật liệu có độ cứng cao.

9- Bản chất của các phương pháp này là tạo ra phản ứng hoá học để ăn mòn bề mặt hoặc tạo ra hiện tượng nhiệt để đốt cháy kim loại hoặc là tạo ra sự va đập của các hạt mài để tách kim loại ra khỏi bề mặt gia công.

1- ĐẶC ĐIỂM

 Gia công kim loại bằng phương pháp tia lửa điện là một dạng gia công bằng phóng điện ăn mòn thực hiện được khi truyền năng lượng qua rãnh dẫn điện.

 Dùng dòng điện một chiều có điện thế từ 100V – 250V do vậy khoảng cách giữa hai điện cực không lớn lắm.

 Toàn bộ quá trình phóng tia lửa điện xảy ra trong thời gian rất ngắn t = 10 -4 – 10 -7 giây sau đó mạch trở về vị trí ban đầu.

 Để duy trì q/trình g/công, ta di chuyển liên tục điện cực dương xuống để đảm bảo khe hở cho tụ điện làm việc.

GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP TIA LỬA ĐIỆN

Sơ đồ nguyên lý gia công xem

Hình 5 – 81

Hình 5 – 81: Sơ đồ nguyên lý gia công bằng tia lửa điện

 Quá trình phóng điện ở vùng gia công xem Nhiệt độ ở vùng gia công lên đến hàng ngàn độ.

Hình (11-10)

Hình 11 – 10: Quá trình phóng điện ở vùng gia công.

Hình 5 – 82: Quan hệ giữa U và khe hở 1- Môi trường gia công là không khí

2- Môi trường gia công là dầu hoả 3-Môi trường gia công là dầu biến thế

 Quan hệ giữa điện thế và khoảng cách xem

2- KHẢ NĂNG CÔNG NGHỆ

 Chiều sâu lớp kim loại chi tiết gia công chịu ảnh hưởng nhiệt và

tính chất phá hỏng kim loại phụ thuộc thời gian tồn tại của xung điện.

 Hình dáng chi tiết gia công giống hình dáng dụng cụ

Hình (5 – 83)

Hình 5 – 83: Các dạng bề mặt phức tạp được gia công bằng tia lửa điện

 Năng lượng xung điện

 Thời gian tồn tại của xung điện

 Cường độ dòng điện

 Điện dung tụ điện

 Dung dịch trơn nguội

 Tính chất nhiệt của vật liệu gia công : Nhiệt nóng chảy, bốc

hơi, độ dẫn nhiệt

 Vật liệu làm điện cực dụng cụ.

 Năng suất và chất lượng g/công phụ thuộc chế độ g/công:

 Năng suất nói chung thấp bình thường đạt: 500 – 600 mm 3 /ph, độ nhám đạt Ra= 3.2 – 6.3 đôi khi đạt Ra = 1,6 – 0,8 (khi gia công HKC).

 Hiện tượng cứng nguội bề mặt xảy ra khá lớn

 Độ mòn của điện cực rất lớn có thể lên đến 50% - 100% so với thể tích kim loại bóc ra khỏi phôi làm cho năng suất và chất lượng thấp.

 Môi trường chất lỏng có tác dụng: hạn chế ảnh hưởng nhiệt, làm nguội điện cực dụng cụ đảm bảo ổn định qúa trình gia công (dùng chủ yếu là dầu hỏa đôi khi dùng dầu DO hoặc nhớt).

• 3- PHẠM VI SỬ DỤNG GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN.

a- Gia công các lỗ trên vật liệu khó g/công ( 0.8, L ≤ 50 ); (3 , l ≤ 80) các lỗ nhỏ có  = 0.1  0.5 (lỗ vòi phun cao áp … )

b- Gia công vật liệu có cơ tính cao, gia công hợp kim cứng

I- ĐẶC ĐIỂM CỦA LAZE

 Laze là chùm ánh sáng đơn sắc có bước sóng rất ngắn và góc phân

kỳ nhỏ.

 Có thể dùng hệ quang học tập trung nó trên diện tích nhỏ nên mật

độ năng lượng sẽ cao (10 12 W/cm 2 ) do vậy nhiệt độ lên đế hàng ngàn

độ làm chảy lỏng và đốt cháy kim loại.

 Sơ đồ máy tạo tia laze

GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG LAZE

Hình 5 – 84: Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy K – 3M

II- BẢN CHẤT GIA CÔNG BẰNG LAZE

 Là quá trình tác dụng nhiệt vào kim loại gia công

 Nhiệt độ tạo ra rất cao do tập trung năng lượng trên diện tích nhỏ.

 Mật độ năng lượng của chùm tia phân bố không đều trên vết tập trung.

 Kim loại gia công nhận năng lượng của chùm Laze và biến thành nhiệt năng

 Nhiệt năng đốt nóng vật liệu đến nhiệt độ phá hỏng

 Phá hỏng kim loại và đẩy chúng ra khỏi vùng gia công

 Vật liệu gia công nguội dần khi hết xung Laze tác dụng.

 Vết tập trung có dạng bất kỳ, năng lượng đều hơn.

 Mất mát năng lượng nhiều, hiệu suất không cao

c- Sự phân bố năng lượng xem

Hình (11 – 24)

Hình 5 – 85: Tập trung laze bằng thấu kính

Hình 5 – 86: Tập trung laze bằng thấu kính có màn chắn

Hình 11 – 24: Sự phân bố mật độ năng lượng của chùm tia tại vị trí tác dụng

 Chiều dày kim loại hàn

 Kích thước mối hàn

 Tính nhiệt của vật liệu

 Năng lượng chùm tia và thời gian tồn tại của nó

 Vị trí mối hàn so với mặt phẳng tiêu của hệ tập trung Laze

Hình (11 – 26 )

IV- PHẠM VI SỬ DỤNG GIA CÔNG LAZE.

1- Hàn kim loại bằng Laze.

 Hàn những mối hàn nhỏ

 Vùng xung quanh ít bị ảnh hưởng nhiệt

 Chất lượng hàn tuỳ thuộc:

a) Quan hệ giữa chiều dày vật hàn và thời gian tồn tại xung laze

b) Quan hệ giữa năng lượng chùm tia và đường kính dây hàn

2- Gia công lỗ nhỏ và rãnh hẹp

a- Kích thước lỗ chủ yếu phụ thuộc vào năng lượng chùm tia E (J ) cụ thể:

 Tiêu cự của thấu kính F (mm).

 Vị trí mặt gia công và mặt phẳng tiêu F (mm).

 Số lương xung Laze.

Hình (11 – 28 ).

Ví dụ:

Dùng một xung Laze gia công thép với năng lượng chùm tia E

= 350J thì có thể gia công lỗ đạt chiều sâu Hmax = 12,7mm và

D = 0,2 – 0,3 mm.

b- Hình dáng lỗ thường côn và phụ thuộc rất nhiều vào vị trí

mặt gia công và mặt phẳng tiêu F (mm ).

Hình ( 11 - 29 ).

c- Độ nhám bề mặt thường đạt Ra 2.5 - 0.32 đôi khi đạt Ra 0.16

d- Độ cứng tế vi bề mặt tăng cao gia công thép có thể đạt

6000N/mm chiều sâu bé (h 32 m).

e- Thời gian gia công ngắn nên năng suất cao

f- Có thể thực hiện trong không khí (Các phương pháp khác khó thực

hiện được).

g- Có thể gia công vật liệu phi kim loại.

Hình 11 – 29: Hình dáng lỗ thay đổi theo mặt phẳng tiêu cự

• GIA CÔNG BẰNG SIÊU ÂM.

I- BẢN CHẤT VÀ SƠ ĐỒ GIA CÔNG

1- Là phương pháp gia công cơ

2- Dùng năng lượng va đập của một số rất lớn các hạt mài có tần

số cao lên mặt gia công để tách ra các hạt kim loại có kích thước vaiø m Mật độ 3.10 4 - 10 5 hạt/cm 2 Với tần số va đập

18 – 25 KHz

3- Sơ đồ gia công

(Hình 11-30) hoặc (5 – 87) 4- Vật liệu dụng cụ thường làm bằng thép dụng cụ hoặc thép hợp

kim.

2 KHẢ NĂNG CÔNG NGHỆ &PHẠM VI SỬ DỤNG KHẢ NĂNG CÔNG NGHỆ &PHẠM VI SỬ DỤNG

1- Gia công được vật liệi kim loại phi kim loại và bán dẫn.

2- Khi chi tiết cố định thì gia công được lỗ (thông hoặc không thông),

lỗ định hình thẳng hoặc cong, cắt rãnh hoặc cắt đứt.

3- Khi chi tiết có chuyển động phụ thì có thể thực hiện được các nguyên công: phay, mài, tiện, cắt đứt …

Hình 11 – 31 hoặc (5 – 88) 4- Độ mòn dụng cụ cao do vậy ảnh hưởng đến chất lượng, năng suất và giá thành gia công (gia công thủy tinh dụng cụ mòn 1% - 1.5%; HKC 40% - 60% có khi đến 150% khối lượng kim loại bóc ra).

6- Hạt mài dùng nhiều lọai nhưng dùng lọai cacbit Bo sẽ cho năng suất cao nhất.

7- Chất lỏng được dùng cĩ thể là nước, dầu madút, cồn, dầu biến thế… nhưng dùng nước cho năng suất cao hơn.

8- Gia cơng vật liệu càng dịn và kém bền thì năng suất càng cao như thủy tinh cho 9.000mm 3 /phút cịn HKC chỉ đạt 200mm 3 /phút.

9- Chủ yếu gia cơng các bề mặt nhỏ và vật liệu rất cứng mà các biện pháp khác khĩ gia cơng.

5- Năng suất gia cơng phụ thuộc:

 Vật liệu gia cơng,ø dụng cụ và hình dáng dụng cụ

 Tần số , biên độ dao động của dụng cụ

 Aùp lực dụng cụ lên chi tiết gia cơng

 Tính chất và nồng độ hạt mài

 Tiết diện và chiều sâu cần gia cơng.

III III ĐỘ CHÍNH XÁC ĐỘ CHÍNH XÁC

• Tuỳ theo: Sự đồng nhất của hạt mài, dao động ngang của dụng cụ, chế độ gia công, độ mòn dụng cụ…Khi gia công có thể đạt :

 Gia công lỗ có thể đạt độ chính xác 0.05 – 0 . 01 mm.

 Trong quá trình gia công dụng cụ mòn cả ở mặt đầu và thành bên làm ảnh hưởng đến độ chính xác về kích thước,

 Dao động ngang của dụng cụ gây sai lệch cả kích thước và hình dáng .

 Độ côn tuỳ theo độ mòn dụng cụ mà có thể đạt 1 0 /L

= 5 – 10 mm

 Độ nhám tuỳ thuộc hạt mài, dung dịch và vật liệu gia công đạt Rz12 – R 0 a 2 .

Độ hạt Các bít o B

Gia công thuỷ tinh

1 6 0 2

GIA CƠNG KIM LOẠI BẰNG ĐIỆN HĨA.

I- KHẢ NĂNG CÔNG NGHỆ và BẢN CHẤT GIA CơNG

 Khả năng gia công chỉ phụ thuộc vào thành phần hóa học của vật liệu mà không phụ thuộc cơ tính

 Điện cực dụng cụ (là điện cực âm) không bị mòn .

 Năng suất gia công khá cao có khi đạt 30 . 000 mm 3 /ph

 Độ nhám bề mặt có thể đạt Ra1,6– 0 , 4

 Khi nâng cao năng suất gia công thì độ nhám giảm

 Có thể gia công được nhiều dạng bề mặt phức tạp .

 Bản chất của phương pháp là quá trình hòa tan điện cực dương trong môi trường chất điện phân .

II NGUYÊN LÝ HÒA TAN ĐIỆN CỰC (Hình 11 NGUYÊN LÝ HÒA TAN ĐIỆN CỰC (Hình 11 32) 32)

1- Tính chất của phản ứng điện hóa và chỉ tiêu của phương pháp này phụ thuộc khá nhiều vào thành phần và tính chất vật lý của chất điện phân Chất điện phân có dùng nhiều loại miễn sao nó kết hợp với kim loại chi tiết gia công tạo thành chất dễ hòa tan trong nước như: Muối, axít, bazơ

2- Gia công thép thường dùng NaCl

3- Khi gia công hợp kim Côban, Vơnfram thường dùng NaCl và NaOH 4- Khi gia công hợp kim Niken, Titan thường dùng H 2 SO4

Hình 11 – 32: Nguyên lý gia công bằng điện hoá ăn mòn.

1- Bình điện phân 2- Dung dịch điện phân 3- Điện cực dương 4- Điện cực âm

 Được đánh giá bằng tốc độ hòa tan kim loại của phôi trong dung dịch chất điện phân (Vm/ph )và lượng kim loại được hòa tan trong đơn vị thời gian (Qg/ph )

 Chúng tỉ lệ nghịch với khoảng cách (L) giữa hai điện cực hoặc

tỉ lệ thuận với mật độ dòng điện ( D ).

III- NĂNG SUẤT, CHẤT LƯƠNG GIA CÔNG 1- Năng suất gia công

Hình 11 -33: sự thay đổi của khoảng cáchgiữa hai điện cực lvà mật độ

dòng điện Da theo thời gian

1 và 2: biểu thị sự thay đổi cũa l

3 và 4: biểi thị sự thay đổi của Da

2- Chất lượng bề mặt phụ thuộc tổ chức kim loại gia công, mật độ dòng điện, vận tốc dịch chuyển của chất địên phân và của điện cực

3- Độ hạt của kim loại gia công càng nhỏ thì khi gia công đạt độ nhẵn đạt càng cao.

4- Khi tăng mật độ dòng điện thì độ nhám giảm.

Hình (11 – 34)

Hình 11 – 34: Quan hệ giữa chất lượng bề mặt gia công với mật

độ dòng điện và độ hạt kim loại.

1- Thép tôi 2- Thép thường hoá 3- Thép ủ

5- Có hai hình thức gia công:

 Điện cực dụng cụ cố định: đơn giản nhưng năng suất và chất lượng gia công không cao.

Hình (5 – 89)

Hình 5 – 89: Sơ đồ gia công chép hình điện hoá với điện cực cố định

 Điện cực dụng cụ di chuyển: tốc độ di chuyển bằng tốc độ hòa tan vật liệu điện cực dương nên nâng cao được năng suất và chất lượng.

Hình 5 – 90: Sơ đồ gia công chép hình điện hoá với điện cực di chuyển

IV IV PHẠM VI ỨNG DỤNG PHẠM VI ỨNG DỤNG

1- Gia công chép hình: gia công các chi tiết có hình dáng phức tạp

• Hình (5 - 89) và (5 – 90).

2- Gia công lỗ: gia công lỗ trụ lỗ định hình

Hình (11 – 36; 11 – 37; 11 – 38) 3- Gia công rãnh then và then hoa

Hình (11 – 39) 4- Khi gia công lỗ hình nào thì điện cực dụng cụ có hình dáng tương ứng

5- Làm cùn cạnh sắc sau khi khoan, phay, mài … hiệu qủa nhất là làm cùn cạnh sắc ở đầu bánh răng (thay cho nguyên công vê đầu răng).

GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG PH

GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG PHƯƠ ƯƠNG PHÁP PHỐI HỢP NG PHÁP PHỐI HỢP.

((MÀI ĐIỆN HÓA MÀI ĐIỆN HÓA )

 Là phương pháp tổng hợp các tác dụng điện hóa và tác dụng cơ học của hạt mài.

 Có thể g/công mặt phẳng, mặt trụ, mặt định hình hoặc mài dao.

 Năng suất mài bằng điện hóa hạt mài không phụ thuộc vào vật liệu hạt mài nhưng lại phụ thuộc mật độ và độ hạt đá mài (mật độ khoảng 25% và độ hạt M10 – M16 có năng suất và chất lượng cao nhất Ra = 0.05).

 Năng suất thấp (so với điện hóa kim cương)

 Mật độ dòng điện trên bề mặt gia công thấp do vậy khả năng đốt nóng bề mặt gia công không lớn.

 Điện áp sử dụng thấp.

1- Đặc điểm gia công bằng phương pháp điện hóa hạt mài:

2- Cơ chế gia công bằng điện hóa hạt mài và sơ đồ nguyên tắc khi mài bằng điện hóa hạt mài nhu sau:

Hình (5 – 92), (5 – 91)