các phương pháp gia công đặc biêt hóa và điện hoa

Khắc hóa học : tạo phản ứng hóa học v để ăn mòn vùng vật liệu không bị phủ; 5... Thờng dùng để gia công các chi tiết lớn, hốc nông, để giảm khối lợng và không đòi hỏi độ chính xác và chấ

gia c«ng hãa vµ ®iÖn hãa

(Chemical and electro-chemical processes)

GS TS §µo V¨n HiÖp Khoa Hµng kh«ng vò trô, Häc viÖn KTQS

1 Gia c«ng hãa (Chemical Machining)

2 Gia c«ng ®iÖn hãa (Electro-Chemical Machining)

3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 2

1 gia c«ng hãa (Chemical machining)

GS TS §µo V¨n HiÖp Khoa Hµng kh«ng vò trô, Häc viÖn KTQS

1.1 Khái niệm

Khi kim loại tác dụng với axit hay kiềm mạnh sẽ tạo thành muối hòa tan trong dung dịch Vì vậy những vùng kim loại tiếp xúc với hóa chất sẽ bị mòn đi, chỗ nào cần

để lại thì đợc phủ lớp bảo vệ Hiện tợng này đợc dùng để gia công (khắc) chi tiết bằng kim loại Còn đợc gọi là khắc hóa (Chemical Etching);

Các ứng dụng

 Tạo các hốc, rãnh nông, rộng trên các tấm, đĩa, vật rèn, đúc,

 Thờng đợc sử dụng trong kỹ thuật điện tử: làm mạch in, lò xo phẳng, vạch trên encoder, chíp IC, mắt sàng, lọc trong kỹ thuật y tế, lò vi sóng, Bề mặt có thể rất nhỏ hoặc rất lớn.

3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 4

1.2 Quy trình gia công

Quá trình gia công có thể chia thành 5 bớc

1 Làm sạch bề mặt gia công (i);

2 Phủ lớp trơ (không phản ứng) - mặt nạ Mặt nạ có thể là cơ học, ví dụ kim loại trơ hoặc polymer, dán hoặc sơn (ii) Có thể là vật liệu quang hóa (bị phân hủy dới tác dụng của

ánh sáng đặc biệt, ví dụ tia cực tím);

3 Khắc mặt nạ, để lộ ra vùng cần gia công Nếu là mặt nạ cơ học thì dùng phơng pháp gia công cơ, ví dụ cắt và bóc, phay, khắc Nếu là mặt nạ quang hóa thì dùng phơng pháp rửa ảnh để tạo mặt nạ từ âm bản (iii) Sau đó rửa (hòa tan) phần không bảo vệ (iv)

4 Khắc hóa học : tạo phản ứng hóa học (v) để ăn mòn vùng vật liệu không bị phủ;

5 Hoàn thiện (vi): phá bỏ lớp mặt nạ, rửa sạch, sửa sang,

1.2 Các thông số công nhệ

Các thông số công nghệ cơ bản

1 Năng suất cắt: có thể tính bằng thể tích vật liệu bị ăn mòn trong 1 đơn vị thời

gian (MRR - mm3/ph), nhng thờng dùng tốc độ ăn sâu - chiều sâu cắt trong

1 đơn vị thời gian (mm/ph);

2 Tốc độ ăn sâu không phụ thuộc diện tích bề mặt cắt;

3 Hiện tợng cắt lẹm (hàm ếch) không mong muốn, đợc đánh giá bằng tỷ số u/d

Tỷ số u/d (càng nhỏ càng tốt);

4 Độ nhám bề mặt: trung bình 2,5-4,5m

3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 6

1.2 C¸c th«ng sè c«ng nghÖ

1.3 Các phơng pháp gia công hóa

Phay hóa (chemical milling)

1 Mặt nạ dạng cơ, đợc phủ bằng cách lăn, nhúng, xịt; sau khi khô cứng đợc lấy đi bằng

ph-ơng pháp cơ học;

2 Quá trình ăn mòn: chi tiết đợc nhúng vào bể hóa chất ăn mòn Để tăng tốc độ, dung dịch

đợc giữ nóng (40-80 o C; thờng xuyên khuấy;

3 Sau khi ăn mòn, chi tiết đợc lấy ra, rửa, tẩy dung môi;

4 Năng suất cao, độ chính xác thấp, không gia công đợc lỗ nhỏ, thiết bị rẻ, công nghệ đơn giản Thờng dùng để gia công các chi tiết lớn, hốc nông, để giảm khối lợng và không đòi hỏi độ chính xác và chất lợng bề mặt cao

(1) clean raw part; (2) apply maskant; (3) scribe, cut, and peel the maskant from areas to be etched; (4) etch; (5) remove maskant and clean to yield finished part

3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 8

1.3 Các phơng pháp gia công hóa

Tạo phôi hóa (Chemical blanking)

1 Khắc thủng các tấm kim loại mỏng (đến 0,025mm);

2 Mặt nạ đợc tạo (có thể 2 mặt) bằng phơng pháp quang hóa: nhúng hoặc phủ lớp cảm quang, phơi dới tia cực tím với âm bản để phân hủy vùng không bảo vệ;

3 Phun hóa chất ăn mòn lên bề mặt đã đợc tạo mặt nạ Vùng không bảo vệ bị ăn

mòn;

4 Có thể làm mạch in, tấm hoa văn trang trí hình dạng phức tạp Có thể gia công chi tiết nhỏ

1.3 Quy tr×nh t¹o ph«i hãa

3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 10

2 gia c«ng ®iÖn hãa

(Electro-Chemical machining)

GS TS §µo V¨n HiÖp Khoa Hµng kh«ng vò trô, Häc viÖn KTQS

2.1 ECM - nguyên lý

• Chất điện phân thờng là muối (ví dụ

NaCl) Trong dung dịch nó bị phân ly

thành Ion dơng và Ion âm;

• Ion âm liên kết với Ion kim loại trong

cực dơng (chi tiết) tạo thành muối, hòa tan

trong dung dịch;

• Do vật liệu dơng cực bị tan, nó bị ăn

mòn, chép lại hình của âm cực (dụng cụ);

• Thể tích kim loại bị cắt: V=CIt,

I- cờng độ dòng điện, t- thời gian gia

công, C- hệ số tỷ lệ

Kết hợp điện năng với các phản ứng hóa học để ăn mòn vật liệu, ngợc với quá trình mạ điện

• Dựa vào hiện tợng ăn mòn anot trong dung dịch điện ly, đặt trong điện trờng Phôi

đ-ợc nối với cực dơng, dụng cụ với cực âm của nguồn điện 1 chiều;

• Phôi và dụng cụ đợc ngăn cách bởi một lớp dung dịch điện phân, do bơm cung cấp

3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 12

2.1 ECM nguyên lý

• Dung dịch điện phân đợc bơm qua khe hở giữa phôi và dụng cụ để lu chuyển ion và chất tạo thành;

• Vật liệu dụng cụ thờng là đồng, thép không gỉ, có hình dạng ngợc với dạng phôi (âm bản) Vùng không tham gia cắt đợc phủ;

• Khe hở thờng khoảng 0.003 - 0.030 in (0,076-0,76mm);

• Chất điện phân thờng dùng là muối ăn

2.2 ECM thiÕt bÞ

3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 14

2.3 ECM - Các thông số công nghệ

Nguồn điện Dung dịch điện phân (tiếp) Loại 1 chiều áp suất đầu vào 0,15-3,0Mpa

Điện áp 5-30 V (liên tục

hoặc xung)

áp suất đầu ra 0,1-0,3Mpa

Cờng độ 50-40.000 A Khe hở làm việc 0,05-0,3mm

Mật độ dòng điện 10-500 (A/cm2) Tốc độ ăn dao 0,1-20mm/ph

Dung dịch điện phân Vật liệu điện cực

Đồng thau, đồng,

đồng thiếc, thép không gỉ

Thông dụng nhất NaCl:60-240g/l Chất lợng gia công

Thông dụng NaNO3: 120-480g/l Chi tiết dạng tấm 0,05-0,2mm

Nhiệt độ 20-50oC Chi tiết dạng khối 0,1mm

Tốc độ dòng/100A 1l/ph/100A Độ nhám bề mặt Ra 0,1-2,5m

Tốc độ dòng chảy 1500-3000m/ph

• Đặc điểm công nghệ

• Dung dịch dùng để:

• Chuyển ion dơng kim loại khỏi cực dơng, chuyển bọt H2 khỏi cực âm để giải phóng bề mặt phản ứng;

• Chuyển phế liệu (muối kim loại tạo thành) khỏi vùng cắt.

• Phế liệu tạo thành dới dạng hạt nhỏ, đợc tách khỏi dung dịch bằng phơng pháp

ly tâm, lắng, lọc,

• Điện năng:

• Công suất lớn;

• Điện áp thấp để tránh tạo hồ quang giữa 2 điện cực

• Ưu, nhợc điểm:

• Ưu điểm: ít làm hỏng bề mặt; Không có bavia; ít mòn dụng cụ; năng suất gia công tơng đối cao khi gia công các vật liệu cứng và khó gia công

• Nhợc điểm: Chi phí tơng đối cao và tốn năng lợng; Phế liệu làm dung dịch dần dần thành bùn đặc, không dùng đợc

• ứng dụng

• Vật liệu cứng, khó gia công cắt gọt;

• Hình dạng khó gia công bằng cắt gọt;

• Thích hợp khi gia công khuôn, khoan nhiều lỗ, lỗ không tròn, loại bavia

2.3 ECM - đặc điểm công nghệ

3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 16

Loại bỏ bavia (Electrochemical Deburring - ECD)

• Là ứng dụng đặc biệt của ECM để lấy ba via hoặc các cạnh sắc sau

khi gia công bằng các phơng pháp khác;

• Nguyên tắc nh ECM thông thờng, nhng vật liệu lấy đi rất ít nên rất

nhanh.

2.4 ECM - ứng dụng

Mài điện hóa (Electrochemical Grinding - ECG)

• Là dạng đặc biệt của ECM;

• Đá mài dùng chất dính kết dẫn điện, để tăng cờng độ ăn mòn bề mặt phôi: hạt kim cơng dính kết kim loại hoặc hạt kim loại (Oxit nhôm) dính kết cao su;

• Quá trình mài đợc thực hiện chủ yếu nhờ tác dụng điện hóa nên tuổi bền của

đá ít mòn, tuổi bền tăng

• ứng dụng: Mài sắc dụng cụ cắt hợp kim cứng; mài kim khâu mổ, các

ống thành mỏng, các chi tiết dễ vỡ.

2.4 ECM - ứng dụng

3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 18

2.4 ECM - mµi ®iÖn hãa