phương pháp gia công nhiệt

3.1 GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN3.1.1 bản chất và phân loại Bản chất Bản chất của gia công tia lửa điện là dùng 2 điện cực bằng kim loại đặt trong mạch điện với 1 khoảng cách xác định.khi các

Danh sách nhóm:

 Châu Văn Phát

Nội dung tìm hiểu

Gia công bằng

tia lửa điện

Gia công bằng chùm tia điện

tử

Gia công bằng chùm tia lade

Gia công bằng hồ quang Plasma

3.1 GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN

3.1.1 bản chất và phân loại

Bản chất

Bản chất của gia công tia lửa điện là dùng 2 điện cực bằng kim loại đặt trong mạch điện với 1 khoảng cách xác định.khi các tia lửa điện phóng ra,vật liệu bề mặt phôi sẽ bị hớt đi bởi quá trình điện-nhiệt thông qua sự nóng chảy và bốc hơi kim loại

3.1.1 bản chất và phân loại

 Phân loại

Có 2 phương pháp gia công tia lửa điện được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp là:

Gia công tia lửa điện dùng điện cực định hình,gọi tắt là phương pháp xung định hình,điện cực là hình không gian bất kì mà nó in hình của mình lên bề mặt phôi tạo thành một lòng khuôn

Gia công tia lửa điện bằng cắt dây(wire cutting),ở đây điện cực là 1 dây mành có 0.3)mm được cuốn liên tục và chạy theo 1 contour cho trước

d=(0.1-3.1.2 Nguyên lý gia công:

Là sự ăn mòn kim loại bằng tia lửa điện trong gia công tia lửa điện thì dụng cụ và chi tiết là

2 điện cực,trong đó dụng cụ là catot,chi tiết là anot hai điện cựa này được đặt trong môi trường cách điện

3.1.2 Nguyên lý gia công:

Đặc điểm của gia công tia lửa điện:

Thời gian phóng tia lửa điện rất ngắn do đó nhiệt truyển tới chi tiết gia công ít và không sâu

Khi có tia lửa điện nhiệt độ có thể đạt tơi 12000 oc, mật độ trong kênh dẫn điện có thể đạt đến

106 a/cm2

Quá trình gia công tia lửa điện gồm có 6 pha:

3.1.3 Dụng Cụ Và Trang Thiết Bị

Hiện nay có 2 loại máy tia lửa điện được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp.

Máy gia công tia lửa điện thẳng đứng

3.1.3 Dụng Cụ Và Trang Thiết Bị

Máy cắt dây:

là máy gia công điện ăn mòn sử dụng các chuyển động được điều khiển theo chương trình số để gia công các đường bao theo mong muốn hoặc để tạo hình bề mặt mà không cần dùng các điện cực có hình dạng đặc biệt.máy sử dụng 1 đường dây

chuyển động liên tục dưới áp lực của máy như là một điện

cực.dây này được làm bằng đồng thau ,đồng đỏ với đường kính

từ (0.05- 0.3)mm

3.1.3 Dụng Cụ Và Trang Thiết Bị

Dụng cụ

 Để đảm bảo độ chính xác gia công thì vật liệu làm điện cực phải đảm bảo các yêu cầu:

 Có tính dẫn điện,dẫn nhiệt tốt,có điểm chảy và điểm sôi cao.

 Có độ ăn mòn cao,độ bền cơ học tốt.

 Có tính gia công tốt,dễ gia công,vât liệu điện cực phải rẻ,có khối lượng riêng nhỏ để chế tạo các điện cực có khối lượng riêng lớn.

 Đối với máy gia công cắt dây,vật liệu làm điên cực phải có tính chất.

 Dẫn điện tốt ,có nhiệt độ nóng chảy cao,có độ dãn dài cao

 Có thể bóc kim loại trên bề mặt chi tiết.

3.1.3 dụng cụ và trang thiết bị

 Dung dịch cách điện:

 Hiện nay chất điện môi thường được sử dụng là hydrocacbua và các loại dầu silicon.

 Công dụng của chất điện môi

 Cách điện giữa điện cực và phôi

 Ion hóa :tạo điều kiện tối ưu cho sự phóng điện,nghĩa là phải được ion hóa vào thời điểm chuẩn bị phóng điện tạo nên cầu phóng điện giúp cho sự hớt vật liệu khi phóng tia lửa điện.

 Làm nguội do tại vùng phóng điện nhiệt độ rất cao có thể lên tơi 10000oc do đó điện cực

phải được làm nguội nếu không độ ăn mòn điện cực sẽ tăng lên.

 Vận chuyển phôi

3.1.3 Dụng Cụ Và Trang Thiết Bị

 Dung dịch cách điện

Yêu cầu của chất điện môi

Độ cách điện cao ,dẫn nhiệt tốt

Chất lỏng phải trung tính về hóa học,có độ nhớt nhở, không có mùi khó chịu,không

có khí độc,nhiệt độ bốc cháy đủ cao không gây n-guy hiểm

Có khả năng phục hồi nhanh sau khi bị đánh thủng

3.1.4 Thông Số Công Nghệ Và Khả Năng Công Nghệ

Vận Tốc Cắt :

Là lượng vật liệu bị bóc đi theo một đơn vị thời gian

Vận tốc gia công phụ thuộc và cường độ dòng điện và năng lượng các xung điện

Các chế độ gia công phụ thuộc vào các thông số liên quan đến năng lượng các xung điện như dòng đỉnh ,thời gian xung,phân cực của mạch xung được điểu khiển,giá trị của điện dung và điện thế nạp

Bảng 3.2 một số thông số về chế độ gia công

3.1.4 Thông Số Công Nghệ Và Khả Năng Công Nghệ

Dạng gia công Năng lượng xung dự

trữ(j)

Cường độ dòng điện (a)

Điện dung của tụ c(µf)

Thô

Trung bình

Tinh

0.5-50.05-50.005-5

>51-5

<1

>10010-100

<10

>10010-100

<10

Bảng 3.2 một số thông số về chế độ gia công

3.1.4 Thông Số Công Nghệ Và Khả Năng Công Nghệ

Năng suất gia công phụ thuộc vào nhiều yếu tố, các yếu tố quan trọng nhất là khoảng

cách giữa hai điện cực,cường độ dòng điện,tần số tia lửa điện,diện tích bề mặt gia

công,chất lượng của điện cực,chất cách điện và loại máy phát xung

3.1.4 Thông Số Công Nghệ Và Khả Năng Công Nghệ

Độ chính xác của máy gia công tia lửa điện( vị trí tương đối giữa dụng cụ và vật gia công

Hình dạng,kích thước và độ mòn của dụng cụ

Các thông số điều chỉnh về điện khi gia công và khoảng cách phóng tia lửa điện

3.1.4 Thông Số Công Nghệ Và Khả Năng Công Nghệ

gồm độ nhám bề mặt và vết nứt tế vi trên bề mặt và các ảnh hưởng nhiệt ở lớp bề mặt.

Độ nhám bề mặt là chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng bề mặt,nó phụ thuộc vào năng

lượng vào một phần phóng điện,một phần điện tích của tụ tạo thành vết lõm,ngoài ra nó còn phụ thuộc vào cường độ dòng điện

3.1.5 Đặc Điểm Và Phạm Vi Ứng Dụng

Đặc điểm:

gia công tia lửa điện được sử dụng để gia công những vật liệu khó gia công mà các phương pháp khác không thực hiện đượcnăng suất gia công phụ thuộc vào vật liệu điện cực và tốc độ tiến của dụng cụ

điện áp làm việc của thiết bị lớn hơn 42v nên rất nguy hiểm

Nhược điểm :

Năng suất thấp:khoảng (800-900) m3/ph khi gia công thép

Tiêu hao năng lượng điện lớn(10-17)kw/h trên 1kg trọng lượng kim loại được bóc đi

Hao mòn dụng cụ lớn

3.1.5 đặc điểm và phạm vi ứng dụng

Có thể gia công tất cả vật liệu có độ cứng không giới hạn,có thể gia công các đường bao có hình

dạng phức tạp với độ chính xác cao

Có thể thay thế các phương pháp truyền thống trong những trường hợp:

Biến cứng bề mặt chi tiết làm tăng khả năng chịu mài mòn

Chế tạo và phục hồi các khuôn dập đã tôi và bằng hợp kim cứngmài sẵn ,mài mòn ,mài sắc hoặc

rộng lỗ

Gia công những đường kính nhỏ 0.15mm của các vòi phun cao áp,gia công lỗ sâu đến 60mm

Ấy các dụng cụ bị gãy và kệt trong chi tiết,gia công khuôn mẫu ,

3.1.5 đặc điểm và phạm vi ứng dụng

gia công tia lửa điện cắt dây chủ yếu

được sử dụng để chế tạo:

Các lỗ định hình trong khuôn đột dập

,khuôn đùn ,khuôn kéo

Điện cực dùng cho gia công xung định

hình

Sản xuất thử,các profin dưỡng dùng

trong đo kiểm

Cắt các hình dáng 3d đặc biệt,cắt các

công phức tạp

3.2 GIA CÔNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN

3.2.1 Khái niệm

– EBM) là quá trình gia công nhiệt Ở đây, dùng năng lượng chùm tia điện tử hội tụ có tốc độ cao va chạm vào bề mặt chi tiết gia công làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu

trình gia công bằng chùm tia điện tử được thực hiện trong chân không ( p=10-5 mmHg)

3.2.2 Nguyên lý gia công.

Chi tiết gia công 8 được đặt trong buồng chân không 10 Chùm tia điện tử đc phát ra từ

cực âm 1 (catot) của đầu phát tia có tốc độ rất cao, động năng rất lớn và hội tụ hờ thấu kính điện tử 6 thành vệt rất nhỏ hướng vào bề mặ của chi tiết gia công 8

Nguồn sinh ra điện tử tự do thông thường là một sợi dây vonfram 1 Năng lượng cao

của các điện tử đạt được nhờ điện thế cao được tạo bằng cực dương 2( anot)

Các điện tử tập trung thành chùm tia hướng tới bề mặt gia công với tốc độ gần bằng

tốc độ ánh sáng Các điện tử va đập vào bề mặt gia công và chuyển động thành nhiệt năng nung nóng, làm chảy và bốc hơi bất kì vật nào

3.2.3 Dụng cụ và thiết bị

Các loại máy sử dụng tia lửa điện chủ yếu là máy khoan, phay và cắt

Trong các thiết bị khoan, phay đường kính của tia lửa điện thường bé hơn 10 và

từ đó tạo dao động của điện áp cho phép tối đa bằng 1/103 ÷ 1/104 của điện áp định mức

Yêu cầu này được giải quyết nhờ một hệ thống dao động có tần số từ

(30100)kHz và bộ khuếch đại điện áp

Chu kỳ gia công trên các máy có sử dụng chùm tia lửa điện có thể được tự động hóa hoặc điều khiển theo chương trìn số

3.2.4 Thông số công nghệ và khả năng công nghệ

 3.2.4.1 Các thông số công nghệ

chùm tia điện tử và làm chúng chuyển động với vận tốc rất cao v ≥

(106÷107)m/s

 Công suất của chùm tia lửa điện tử được tuyền đi (không kể sự tiêu hao do phản xạ và bức xạ) tính theo công thức

 Trong đó : m- khối lượng của điện tử [g]

lên đó, toàn bộ động năng của chúng sẽ biến thành nhiệt năng thì công

suất của năng lượng đó được xác định gần đúng theo công thức sau:

 Trong đó:

3.2.4.2 Khả năng công nghệ

thể đảm bảo gia công chi tiết một cách chính xác.

bị thắt lại

 Khi sử dụng để thực hiện các nguyên công khác nhau như hàn, nung

chảy, gia công đạt kích thước chùm tia điện từ cần pải có mật độ năng lượng cần thiết và được xác định theo công thức:

 Trong đó: Wmđ – Mật độ năng lượng tạo nê sự chảy lỏng trong vùng có đường kính bằng chiều dày của kim loại [W/cm2]

 Tc – Nhiệt độ chảy của kim loại [ºC]

 λ – Hệ số dẫn nhiệt của kim loại [W/cm2.ºC]

 – Đường kính phân nửa trên viền ngoài của nó có nhiệt độ T˳ = 0 và không thay đổi [m.m]

3.2.5 Đặc điểm và phạm vi ứng dụng

3.2.5.1 Đặc điểm

điện tử thay đổi

 Nhược điểm

cao, quá trình chuẩn bị cho công việc gia công phức tạp, trang thiết

bị quá đắt tiền và vận hành phức tạp.

3.2.5.2 Phạm vi ứng dụng

Có thể gia công các vật liệu có cấu trúc khác như thép, vonfram, platin, tantan, molipden, silic dó có phạm vi rộng rãi và đa ạng trong lĩnh vực cơ khí chính xác và trong lĩnh vực khác như hàn, nấu chảy kim loại đặc biệt với các vật liệu khó nóng chảy, hóa cứng và phủ bề mặt kim loại Vì vậy phương pháp này sử dụng rộng rãi để gia công những loại mỏng trong lĩnh vực cơ khí chính xác

Ngoài ra có thể gia công những vật liệu dẫn điện kém như kính, gốm

3.3 Gia công chùm tia lade.

3.3.1 Bản chất và gia công kim loại.

 3.3.1.1 Bản chất

Chùm tia lade (lase) là môt chùm ánh sáng đơn sắc, có tính định hướng cao, bước sóng ngắn nên có thể dùng một hệ thống quang học để tập trung nó trên một diện tích rất nhỏ, có mật độ năng lượng rất cao, có thể đạt tới 1012 W/cm2 hoặc cao hơn

Với mật độ như vậy, nhiệt độ có thể tăng lên hàng nhàn độ, có thể nung

nóng, làm chảy lỏng và đốt cháy kim loại ở vùng nó tác dụng vào Do đó gia công bằng chùm tia lade dùng để làm hóa bền bề mặt, hàn những mối hàn rất nhỏ hoặc gia công các lỗ , rãnh định hình có kích thước nhỏ

 Với mật độ như vậy, nhiệt độ có thể tăng lên hàng nhàn độ, có thể

nung nóng, làm chảy lỏng và đốt cháy kim loại ở vùng nó tác dụng vào Do đó gia công bằng chùm tia lade dùng để làm hóa bền bề mặt, hàn những mối hàn rất nhỏ hoặc gia công các lỗ , rãnh định hình có kích thước nhỏ

3.3.2 Nguyên lý gia công

 Gia công bằng tia lade là quá trình xử lý nhiệt,

trong đó lade được dùng làm nóng chảy và bốc hơi vật

1 Gương phản xạ (độ phản xạ 100%).

2 Môi trường hoạt tính.

3 Buồng cộng hưởng quang học

4 Gương phản xạ trong suốt (độ phản xạ 50%).

5 Nguồn ánh sáng kích thích

3.3.3 Dụng cụ và thiết bị gia công

  

 Cơ cấu phóng luồng ánh sáng năng lượng ra khỏi bộ cộng hưởng.

trường hoạt tính.

 Hình 3.20 Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy 3M.

K- Bộ cung cấp và điều khiển điện.

 Trên cơ sở đó, máy phát lade gồm cps 3 phần chính:

3.3.4 Thông số công nghệ và khả năng công nghệ

công các vật liệu rắn như thép không gỉ, titan và hợp kim titan, thủy tinh, sứ

năng lượng này thành nhiệt năng.

đoạn này ứng với quá trình truyền nhiệt trong vật rắn tuyệt đối bị giới hạn về một phía theo phương tác dungjcuar chùm tia lade kể từ

bề mặt tác dụng.

 Phá hủy vật liệu gia công và đẩy chúng ra khỏi vùng gia công Giai đoạn này ứng với quá trình truyền nhiệt vào bề mặt gia công luôn luôn thay đổi theo phương tác dụng của chùm tia lade

 Hình 3.23 Quan hệ giữa năng lượng và thời gia xung.

1-Bốc hơi

2-Nóng chảy

3-Nung nóng

 Ưu điểm: tập trung toàn bộ năng lượng chùm tia vào vị trí gia công

mật độ phân bố càng thấp, dẫn đến lỗ, rãnh sẽ bi côn hoặc hẹp dần theo chiều sâu.

 Hình 3.24 Các biện pháp tạo mật độ năng lượng cao.1-Dùng thấu kính cầu.

Hình 3.25 Tập trung chùm tia lade bằng hệ thống thấu kính và màng chắn 1,3 Thấu kính; 2 Màng chắn; 4 Chi tiết gia công.

3.3.5 Đặc điểm phạm vi ứng dụng.

3.3.5.1 Đặc điểm

Loại lade Độ dài sóng µm Phương thức hoạt

động

Argon 0,4880 60 60 50 Sao chép các phim mỏng

Ruby 0,6943 Xung bình thường 5÷10 0,2÷7 Tách rời vật liệu với số lượng lớn trong một xung,

khoan các khuôn kim cương, hàn điểm.

Nd-glass 1,06 Xung bình thường 0,2 0,5÷10 Tách rời vật liệu với số lượng lớn trong một xung

-Cắt điện cơ -Hàn điểm, khoan điểm 1,06 Xung lặp lại 1÷24 50÷250

1,06 Cường xung 100 100 và lớn hơn

 Khi sử dụng không cần dùng buồng chân không.

3.3.5.2 Phạm vi ứng dụng

ánh sáng tập trung vào vùng cần cắt Được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp điện tử và vi điện tử; trong công nghệ chế tạo các dụng cụ điện tử

và mạch tích hợp, áp dụng trong công nghệ dệt, y học.

bền bề mặt chi tiết.

 Lade còn dùng để kiểm tra chất lượng các sản phẩm đúc, kiểm tra độ

tinh khiết của chất lỏng hoặc khí, các sản phẩm điện tử

võng mạc mắt, khoan răng, châm cứu Và các ứng dụng khác

GIA CÔNG BẰNG PLASMA

 Khái niệm

Plasma là tập hợp các hạt tích điện bao gồm

số lượng tương đương các ion dương và các điện tử Chúng có vài đặc tính của khí nhưng khác với khí là có tính dẫn điện tốt”

Sự ion hóa khí tạo ra các điện tử tự do và các ion dương giữa các nguyên tử khí Khi điều này xảy ra, khí trở thành dẫn điện với khả năng mang dòng điện

Có thể sử dụng plasmatron để thu nhận plasma.

Phản ứng plasma hóa học có thể thực hiện được theo hai cách:

Đưa thành phần tạo plasma vào trong khu vực có phóng điện hồ quang

 Đưa các chất phản ứng vào buồng plasma ở bên ngoài vùng phóng điện

GIA CÔNG BẰNG PLASMA

 Phân loại:

GIA CÔNG BẰNG PLASMA

Chất khí tạo plasma Đặc điểm Ghi chú

Thường được sử dụng làm chất khí plasma một thành phần Tạo điều kiện thuận lợi để duy trì hồ quang

Tính dẫn điện và gẫn nhiệt trong điều kiện nhiệt độ cao của nito tương đối tốt

Heli Tính chất về điện tốt hơn argon Giá thành cao

Hydro

Chất tạo plasma có enthalpy cao Tính dẫn điện tốt

Điện trường để duy trì hồ quang trong môi trường hydro cao

Hydro tác động phá hủy đối với các điện cự Thường được sử dụng với argon.

 Môi trường plasma phải thực hiện các chức năng sau:

Bảo vệ khói tương tác hóa học, làm nguội điện cực và chụp tạo plasma

Biến đổi điện năng thành nhiệt năng

Tạo tia plasma ổn định với tốc độ và nhiệt độ yêu cầu

Đảm bảo các tính chất cần thiết của sản phẩm

Phải đơn giản và kinh tế

Điều kiện thao tác an toàn.

GIA CÔNG BẰNG PLASMA

 Thiết bị tạo plasma.

GIA CÔNG BẰNG PLASMA

Thiết bị tạo plasma là thiết bị kỹ thuật điện, trong đó việc đốt nóng khí tạo plasma được thực hiện nhờ phóng điện Các

bộ phận chủ yếu của plasmatron là : điện cực, buồng phóng điện, luồng plasma, hệ thống đầu phun ngọn lửa plasma, hệ thống điều khiển sự phóng điện hồ quang

Thiết bị tạo plasma nhiệt độ thấp.

 Thiết bị tạo plasma.

 Nguyên lý của plasmatron với hệ thống ổn định hồ quang bằng luồng khí xoáy:

GIA CÔNG BẰNG PLASMA

Plasmatron với hệ thống ổn định hồ quang bằng luồng khí xoáy

 Thiết bị tạo plasma.

Hiệu suất cho thiết bị:

η

Trong đó :H – Độ chênh lệch enthalpy giữa khí bị đốt nóng và khí nguội

G – Chi phí chất khí trên 1 giây

UI – Công suất plasmatron.

  

GIA CÔNG BẰNG PLASMA