Bài giảng các phương pháp gia công tinh chương 9 gia công tinh bằng hạt mài tự do

Gia công bằng tia hạt mài Tia hạt mài hay tia dung dịch hạt mài được dùng gia công tinh các bề mặt phức tạp, phương pháp cho năng suất cao  Tia hạt mài có động nang lớn, khi va đập vào

Chương 9

Gia công tinh bằng hạt mài tự do

Abrasive jet machining (AJM)

 Abrasive jet machining (AJM), also known as abrasive

micro-blasting, pencil blasting and micro-abrasive micro-blasting, is an

abrasive blasting machining process that uses abrasives

propelled by a high velocity gas to erode material from the

workpiece

 Common uses include cutting heat-sensitive, brittle, thin, or hard materials Specifically it is used to cut intricate shapes or form specific edge shapes.

 Material is removed by fine abrasive particles, usually about 0.001 in (0.025 mm) in diameter, driven by a high velocity fluid stream; common gases are air or inert gases Pressures for the gas range from 25 to 130 psig (170–900 kPag or 4 bars) and speeds can be as high as 300 m/s (1,000 km/h).

 AJM machines are usually self-contained bench-top units First it compresses the gas and then mixes it with the abrasive in a

mixing chamber The gas passes through a

convergent-divergent nozzle before entering the mixing chamber, and then exits through a convergent nozzle The nozzle can be hand held

or mounted in a fixture for automatic operations.

 Nozzles must be highly resistant to abrasion and are typically

made of tungsten carbide or synthetic sapphire For average material removal, tungsten carbide nozzles have a useful life of

12 to 30 hours, and sapphire nozzles last about 400 hours The distance of the nozzle from the workpiece affects the size of the machined area and the rate of material removal.

Advantages and disadvantages

 The main advantages are its flexibility, low heat production, and ability to machine hard and brittle materials Its flexibility owes from its ability to use hoses to transport the gas and abrasive to any part of the workpiece.

 One of the main disadvantages is its slow material removal rate; for this reason it is usually used as a finishing process Another disadvantage is that the process produces a tapered cut.

9.1 Gia công bằng tia hạt mài

 Tia hạt mài (hay tia dung dịch hạt mài) được dùng gia công tinh các bề mặt phức tạp, phương pháp cho năng suất cao

 Tia hạt mài có động nang lớn, khi va đập vào bề mặt gia

công gây tác động hạt mài thực hiện quá trình cắt tế vi, biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo Số lượng hạt mài va đập vào

bề mặt gia công rất lớn làm tăng cường độ bóc tách kim loại

do đó độ nhám giảm Dung dịch hạt mài được phun với P = 0.5-0.7 Mpa (bằng áp lực khí nén) làm tăng năng suất 7-12 lần

so với phun không khí nén

305

9.1 Gia công bằng tia hạt mài

 Hiệu quả gia công tia hạt mài phụ thuộc vào kết cấu vòi phun, cường độ bóc tách kim loại, độ nhám bề mặt gia công Còn phụ thuộc vào các yếu tố khác như : thời gian gia công, tỷ lệhạt mài trong dung dịch, độ hạt của hạt mài, loại đá mài, và đặc tính của dòng tia

 Độ nhám bề mặt giảm ở thời gian gia công ban đầu đến 1 giới hạn thời gian thì nó hầu như không thay đổi

306

Phạm vi ứng dụng của gia công bằng tia hạt mài

 Hiệu quả gia công tia hạt mài phụ thuộc vào kết cấu vòi phun, cường độ bóc tách kim loại, độ nhám bề mặt gia công Còn phụ thuộc vào các yếu tố khác như : thời gian gia công, tỷ lệhạt mài trong dung dịch, độ hạt của hạt mài, loại đá mài, và đặc tính của dòng tia

 Độ nhám bề mặt giảm ở thời gian gia công ban đầu đến 1 giới hạn thời gian thì nó hầu như không thay đổi

309

9.1 Gia công bằng tia hạt mài

• Phương pháp gia công có nhiệt độ thấp, bề mặt bị biến cứng -> Độ cứng tế vi tăng, làm xuất hiện ứng suất dư nén, phương pháp gia công cho phép nâng cao độ bền mỏi của chi tiết, tuổi bền của dụng cụ cắt

310

9.2 Gia công hạt mài rung

9.2.1 Bản chất

 Được thực hiện trong thùng chuyên dùng có chứa chi tiết và môi trường gia công dưới tác động dao động tần số thấp (rung động) theo các phương làm chi tiết chuyển động theo các hướng và các hạt mài va đập vào bề mặt gia công gây biến dạng dẻo và là phẳng các nhấp nhô tế vi -> Rz giảm

311

9.2 Gia công hạt mài rung

9.2.1 Bản chất

312

 Chi tiết và môi trường gia công còn có thêm chuyểnđộng tuần hoàn(quay chậm trong thùng) để chi tiết vàcác hạt mài có các vị trí khác nhau do đó tác độnghạt mài sẽ đều đặn trên toàn bộ bề mặt gia công

 Gia công hạt mài rung có thể thực hiện trong môitrường khô hay dung dịch lỏng (được cấp theo chu kỳ)

313

Gia công hạt mài rung có

cơ cấu làm quay chi tiêt Gia công hạt mài rung điện hóa

314

 Gia công hạt mài rung điện hóa chi tiết được gá trên trụcquay hay cố định và được ngâm trong dung dịch chất điệnphân Cực dương nối với chi tiết, cực âm nối với dung dịchđiện phân Dưới tác động của dòng điện bề mặt chi tiết bị hòatan, phoi được đẩy ra ngoài.

 Quá trình cũng xảy ra cắt gọt như hạt mài thông thường dướidạng cắt tế vi và biến dạng dẻo Do vậy cường độ bóc táchtăng lên (5-7 lần) Phương pháp này dùng gia công chi tiết có

độ cứng vững cao, chi tiết lớn

 Gia công hạt mài rung là phương pháp gia công vạn năngdùng gia công các chi tiết có chiều dài lớn, đường kính lớn

315

 Môi trường gia công gồm: chất lỏng và chất cứng

 Chất cứng: các hạt mài, vật liệu cứng được nghiền nhỏ -> cótác dụng cắt cơ học

 Chất lỏng: dung dịch axit, kiềm, muối có tác dụng khử phoi rakhỏi bề mặt gia công và tạo phân bố vị trí đều chi tiết trongthùng

 Chất cứng và chất lỏng được chọn phụ thuộc vào tính chấtvật liệu gia công, hình dáng, kích thước và mục đích củanguyên công (làm sạch bavia,…)

316

9.2.2 Môi trường gia công và chế độ cắt

 Chế độ cắt phụ thuộc thể tích thùng chứa, hình dáng, kíchthước chi tiết, vật liệu chi tiết Tần số trong thùng có thể daođộng 15-50 Hz, biên độ dao động 0.5-0.9 mm Nếu có cơ cấuquay chi tiết (chi tiết được gá trên trục quay) thì tốc độ quaycủa chi tiết 0.5-15m/s, dao động 23-33 Hz biên độ dao động 1-

5 mm

 Kích thước hạt mài ảnh hưởng đến năng suất gia công và Rz

do vậy chọn hạt mài phụ thuộc chế độ cắt, tính chất vật liệugia công, đặc tính của thiết bị gia công thường kích thước hạtmài 2-70 µm

317

9.2.2 Môi trường gia công và chế độ cắt

 Độ nhám bề mặt gia công được hình thành trong quá trình vađập của hạt mài vào bề mặt gia công do có va đập nên bềmặt có các vết cắt tế vi theo các kh khác nhau, đỉnh cácnhâp nhô được vê tròn và được là phẳng

 Với chế độ cắt tối ưu phương pháp có thể cho Ra= 0.32-0.63µm

 T0 cắt thấp khi gia công nên các cấu trúc lớp bề mặt khôngthay đổi

 Thường được sử dụng rất hiệu quả khi làm sạch phôi đúc, rỉ sắt,làm sạch chi tiết sau khi gia công

 Phương pháp sử dụng rộng rãi trong sản xuất hàng loạt lớn vàhàng khối Gia công các chi tiết máy bay, tuabin, thiết bị hóahọc, máy mỏ, thiết bị dệt 318

9.2.3 Chất lượng bề mặt và phạm vi ứng dụng

9.3 Gia công bằng hạt mài từ

9.3.1 Bản chất

 Chi tiết và hạt mài được đặt trong từ trường và có chuyển động

cưỡng bức của chi tiết do chi tiết quay và chi tiết dao động dọc

trục va đập vào các hạt mài và quá trình bóc tách kim loại được thực hiện (hạt mài bị lực từ trường giữ lại trong khe hở giữa chi tiết

là ưu điểm của phương pháp này.

320

9.3.2 Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ đến quá trình gia công và chế độ cắt

 Chất lượng bề mặt gia công ảnh hưởng nhiều từ: Từ thông, vật liệu hạt mài nhiễm từ, độ hạt, khe hở gia công, tốc độ quay, tốc

độ dao động của chi tiết, tính chất cơ lý vật liệu gia công, độ

nhám ban đầu, thời gian gia công, dung dịch trơn lạnh.

 Từ thông tăng làm lực tác động của hạt mài vào bề mặt gia

công tăng, tuy nhiên nó sẽ hạn chế khả năng định hướng à

khuấy đều của hạt mài -> làm giảm tính cắt gọt của hạt mài.

 Khi tốc độ cắt tăng- >chiều dài quãng đường cắt tăng->

cường độ bóc tách tăng -> Rz giảm ,nhưng khi tốc độ tăng

làm tính di động hạt mài giảm và lưỡi hạt mài cứng hơn -> Rz

tăng và cường độ bóc tách giảm

 Tốc độ và biên độ dao động của chi tiết ảnh hưởng đến quá

trình khuấy đều hạt mài và khả năng tự mài sắc lại của hạt mài Biên độ dao động giảm và f tăng làm cường độ bóc tách tăng -> Rz giảm.(do thay đổi quỹ đạo của hạt mài)

 Độ hạt của hạt mài giảm dẫn đến số lượng hạt mài tiếp xúc với chi tiết tăng -> Rz giảm