Bài giảng Công nghệ chế tạo trong kỹ thuật ô tô - Chương VI: Công nghệ gia công đặc biệt - Nghiêm Văn Vinh

- Môi tr ườ ng trung gian: Ch ất l ỏng không dẫn điện (th ườ ng dùng dầu h ỏa). - Vật li ệu d ụng c ụ: Cu, Hợp kim Cu+W, Hợp kim Ag+W, graphit. - Ngu ồn điện 1 chi ều ( V ≈ 50 ÷ 300V ; I=0,1 – 500A) - Khe hở điện c ực: δ ≈ 0,01 ÷ 0,125 mm. - Năng su ất Max: 300 (mm3/ph) ứng v ới n ăng l ượ ng tiêu th ụ 4 kho ảng 10W/mm3/ph. CHƯƠNG VI: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐẶC BI ỆT 6.1. GIA CÔNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN Đặ c điểm c ủa gia công kim lo ại b ằng tia l ửa điện (EDM) Ưu điểm - Gia công đượ c các lo ại v ật li ệu có độ c ứng tùy ý. - Gia công chép hình theo hình d ạng b ất k ỳ c ủa dao. - Có th ể gia công đượ c các v ật li ệu giòn, mền mà không s ợ b ị vỡ ho ặc bị bi ến d ạng. - Do có d ầu trong vùng gia công nên b ề mặt gia công đượ c tôi trong d ầu ch ất lượ ng b ề mặt gia công t ốt 5 CHƯƠNG VI: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐẶC BI ỆT 6.1. GIA CÔNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN Đặ c điểm c ủa gia công kim lo ại b ằng tia l ửa điện (EDM) Nh ượ c điểm - Phôi và d ụng c ụ ( điện c ực) đề u ph ải d ẫn điện. - Vì tốc độ c ắt g ọt th ấp nên phôi tr ướ c gia công b ằng tia l ửa điện th ườ ng ph ải gia công thô tr ướ c. - Do vùng nhi ệt độ t ại vùng làm vi ệc cao nên gây bi ến d ạng nhi ệt. 6 CHƯƠNG VI: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐẶC BI ỆT 6.1. GIA CÔNG BẰNG TIA LỬA ĐIỆN Đặ c điểm c ủa gia công kim lo ại b ằng tia l ửa điện (EDM) Ứng d ụng - Ch ế t ạo, ph ục h ồi các khuôn d ập đã tôi và khuôn b ằng h ợp kim c ứng. - Sử d ụng các điện c ực r ất mảnh để gia công các l ỗ sàng, rây. - Gia công các l ỗ có đườ ng kính nh ỏ và sâu v ới độ chính xác cao nh ư l ỗ của các vòi phun cao áp. - Gia công khuôn dập các chi ti ết khung v ỏ ô tô, gia công khuôn ép nh ựa các chi ti ết c ủa n ội th ất ô tô. 7 CHƯƠNG VI: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐẶC BI ỆT 6.2. GIA CÔNG BẰNG CHÙM TIA ĐIỆN TỬ Gia công b ằng chùm tia điện t ử (EBM): là ph ươ ng pháp gia công dùng năng l ượ ng chùm tia điện t ử h ội t ụ tại b ề mặt gia công làm nóng ch ảy và b ốc h ơi v ật li ệu. 8 CHƯƠNG VI: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐẶC BI ỆT 6.2. GIA CÔNG BẰNG CHÙM TIA ĐIỆN TỬ - Chùm tia điện t ử đượ c phát ra t ừ Cathode của đầ u phát tia. - Các điện t ử truy ền độ ng v ới tốc độ r ất cao và h ội tụ l ại nh ờ th ấu kính điện tử (magnetic lens) thành vệt r ất nh ỏ tại b ề mặt gia công (workpice). - Các điện t ử va đậ p vào bề mặt gia công và sinh nhi ệt năng nung nóng, làm ch ảy và bốc h ơi v ật li ệu t ại v ị trí cần c ắt đi. 9 CHƯƠNG VI: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐẶC BI ỆT 6.2. GIA CÔNG BẰNG CHÙM TIA ĐIỆN TỬ Ưu điểm : - Có th ể gia công b ất k ỳ lo ại v ật li ệu nào. - Gia công chính xác do kh ả n ăng t ự hãm c ủa điện t ử trong một l ớp mỏng c ủa v ật li ệu. - Có th ể điều ch ỉnh t ức th ời c ườ ng độ và v ị trí c ủa tia điện t ử. - Bảo đả m s ạch v ề mặt hoá h ọc nh ờ có bu ồng chân không. Nh ượ c điểm : - Ch ỉ có th ể gia công trong bu ồng chân không. - Giá thành gia công t ươ ng đố i cao. 10 - Có nguy hi ểm v ề phóng x ạ R ơnghen. CHƯƠNG VI: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐẶC BI ỆT 6.2. GIA CÔNG BẰNG CHÙM TIA ĐIỆN TỬ Ứng d ụng: - Gia công nh ững v ật li ệu r ất c ứng : thép, wolfram, platin, môlipden, kim cươ ng, h ồng ng ọc, oxit nhôm, s ứ, thu ỷ tinh, th ạch anh và các h ợp kim cứng khác - Gia công nh ững l ỗ, rãnh có biên d ạng nh ỏ v ả ph ức t ạp: Đặ c bi ệt dùng r ất hi ệu qu ả để khoan và phay nh ững l ỗ rãnh có kích th ướ c t ừ 0,01 đế n 1 mm, k ể c ả trên h ợp kim cứng. Ngoài kim lo ại, còn có th ể gia công có hi ệu qu ả trên nh ững v ật li ệu dẫn điện kém, trên kính, gốm 11 CHƯƠNG VI: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐẶC BI ỆT 6.3. GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG CHÙM TIA LAZER Gia công b ằng tia laser (Light Amplification Simulated Emission of Radiation ) là quá trình s ử d ụng chùm tia laser h ội tụ để làm nóng ch ảy kim lo ại và th ực hi ện quá trình c ắt gọt. 12 6.3. GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG CHÙM TIA LAZER Nguyên lý gia công - Máy cắt tia laze là máy c ắt bằng tia sáng ho ạt độ ng theo ch ế độ xung. Năng lượ ng xung c ủa nó không lớn. Nh ưng nó đượ c h ội tụ trong một chùm tia có đườ ng kính kho ảng 0,01 mm. - - - Chùm tia phát ra trong kho ảng th ời gian một ph ần tri ệu giây . Nó tác độ ng vào b ề mặt chi ti ết gia công, nung nóng, làm ch ảy, b ốc h ơi v ật li ệu. 13 CHƯƠNG VI: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐẶC BI ỆT 6.3. GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG CHÙM TIA LAZER Ưu điểm: - Không cần dùng bu ồng chân không, không có v ấn đề tích điện trong môi tr ườ ng, không có phóng x ạ R ơn ghen. - Có kh ả n ăng làm vi ệc trong môi tr ườ ng không khí, chân không, ho ặc ngay c ả trong ch ất l ỏng hay ch ất r ắn truy ền quang. - Có th ể gia công đượ c các v ật li ệu có độ c ứng cao. - Ch ế độ gia công êm h ơn các ph ươ ng pháp gia công khác do không có s ự tác d ụng l ực tr ực ti ếp gi ữa d ụng c ụ và phôi. - Sự chính xác và kh ả n ăng gia công các l ỗ, rãnh nh ỏ và đườ ng 14 cắt chu ẩn xác v ới bi ến d ạng xung quanh vùng gia công ít. CHƯƠNG VI: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐẶC BI ỆT 6.3. GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG CHÙM TIA LAZER Nh ượ c điểm: - Không c ắt đượ c phôi có b ề mặt ph ản quang. - Có k ỹ thu ật cao, đầ u t ư l ớn. - Cần ph ải xác đị nh chính xác điểm gia công. - Sự phá h ủy v ề nhi ệt có ảnh h ưở ng t ới phôi. 15 CHƯƠNG VI: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐẶC BI ỆT 6.3. GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG CHÙM TIA LAZER Ph ạm vi s ử d ụng: - Trong công nghi ệp, laser đượ c s ử d ụng vào vi ệc hàn, khoan, cắt, các lo ại v ật li ệu có độ nóng ch ảy cao k ể c ả phi kim. - Cắt các rãnh nông, ch ạm kh ắc các d ụng c ụ đo và các chi ti ết thép, kh ắc logo trên v ật li ệu kim lo ại và phi kim. - Gia công các chi ti ết c ực nh ỏ. - Trong công ngh ệ ch ế t ạo ô tô, đượ c dùng để c ắt đườ ng bao c ủa chi ti ết d ạng t ấm, kh ắc s ố, mã s ố lên chi ti ết. 16 CHƯƠNG VI: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐẶC BI ỆT 6.4. GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG ĐIỆN HÓA (ECM) Nguyên lý gia công kim lo ại b ằng điện dựa trên nguyên lý ăn mòn điện hóa. Khi nguyên t ử kim lo ại b ị mất electron, các ion kim lo ại s ẽ tan vào dung d ịch điện phân t ạo ra quá trình ăn mòn. 17 CHƯƠNG VI: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐẶC BI ỆT 6.4. GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG ĐIỆN HÓA (ECM) 18 6.4. GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG ĐIỆN HÓA (ECM) - Chi ti ết n ối v ới c ực d ươ ng; Dụng c ụ đượ c n ối v ới c ực âm của ngu ồn một chi ều. - Vị trí gia công đượ c t ướ i dung d ịch điện phân. - Khi đóng mạch điện và điều điện phân hợp lý, dòng điện đi qua bể có tác d ụng làm hòa tan một l ượ ng kim lo ại ở anot, đượ c xác đị nh theo đị nh lu ật Faraday. = . + m là kh ối l ượ ng ch ất b ị phân ly + Q là điện l ượ ng chuy ển qua ch ất điện phân. + F là h ằng s ố Faraday, F=96485 C/mol; + M/z là tr ọng l ượ ng t ươ ng đươ ng c ủa ch ất điện phân. 19 6.4. GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG ĐIỆN HÓA (ECM) Ưu điểm - Tốc độ l ấy kim lo ại nhanh, ch ất l ượ ng b ề mặt t ốt. T ốc độ h ớt kim lo ại không ph ụ thu ộc vào độ c ứng, độ b ền và các thu ộc tính khác c ủa v ật li ệu cần gia công. - Vật li ệu làm d ụng c ụ điện c ực không c ần có độ c ứng cao h ơn vật li ệu của chi ti ết gia công. - Do không có s ự ti ếp xúc gi ữa d ụng c ụ và chi ti ết nên ph ươ ng pháp gia công điện hóa có th ể gia công đượ c v ật li ệu mỏng, d ễ bi ến d ạng, giòn và không gây r ạn n ứt b ề mặt. - Do hình d ạng chi ti ết đượ c quy ết đị nh b ởi hình d ạng c ủa điện cực dụng cụ nên có th ể gia công chi ti ết có hình d ạng ph ức t ạp một cách dễ dàng. 20 - Không hao mòn d ụng c ụ, có th ể s ử d ụng lâu. CHƯƠNG VI: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐẶC BI ỆT 6.4. GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG ĐIỆN HÓA (ECM) Nh ượ c điểm: - Máy gia công điện hóa đắ t ti ền và chi ếm nhi ều di ện tích nhà xưở ng. - Dung d ịch điện phân s ẽ ăn mòn các thi ết b ị khác. - Dung d ịch điện phân gây ô nhi ễm môi tr ườ ng r ất l ớn. - Dễ phát n ổ do s ự tích t ụ khí hydro. - Công nhân ph ải đượ c b ảo h ộ một cách kh ắt khe để tránh b ị nhi ễm độ c. - Thi ết k ế điện c ực d ụng c ụ khó. 21 CHƯƠNG VI: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐẶC BI ỆT 6.4. GIA CÔNG KIM LOẠI BẰNG ĐIỆN HÓA (ECM) Ph ạm vi ứng d ụng - Ph ươ ng pháp gia công điện hóa ứng d ụng trong gia công chép hình, khoan và ch ế t ạo khuôn dập, ống th ổi và khuôn đúc thu ỷ tinh, các cánh turbine, các đườ ng d ầu, h ốc, l ỗ, các khe trong chi ti ết và nh ững chi ti ết có hình dáng tươ ng t ự... 22 CHƯƠNG VI: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐẶC BI ỆT 6.5. GIA CÔNG BẰNG SIÊU ÂM Nguyên lý gia công - Dụng c ụ dao độ ng v ới t ần s ố b ằng tần số siêu âm - Hạt mài d ướ i d ạng dung d ịch huy ền phù đượ c b ơm vào đầ u dụng c ụ s ẽ dao độ ng cùng t ần s ố với d ụng c ụ làm bào mòn phôi t ạo ra v ết c ắt. 23 CHƯƠNG VI: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐẶC BI ỆT 6.5. GIA CÔNG BẰNG SIÊU ÂM Ưu điểm - Gia công b ất k ỳ v ật li ệu nào b ất ch ấp tính d ẫn điện, d ẫn nhi ệt. - Không t ạo ra bi ến c ứng b ề mặt do tác d ụng c ơ nhi ệt - Cho phép gia công đượ c nh ững v ật li ệu vô cùng c ứng, r ắn, giòn. - Không gây ra các v ết n ứt t ế vi b ề mặt 24 CHƯƠNG VI: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐẶC BI ỆT 6.5. GIA CÔNG BẰNG SIÊU ÂM Nh ượ c điểm - Dụng c ụ mòn nhanh - Năng su ất th ấp khi gia công v ật li ệu có độ c ứng cao - Di ện tích gia công b ị h ạn ch ế. - Ch ỉ có th ể gia công l ỗ và h ốc có chi ều sâu gi ới h ạn. Ph ạm vi ứng d ụng - Ph ối hợp v ới các ph ươ ng pháp gia công khác để gia công tinh các bề mặt lỗ, h ốc 25 CHƯƠNG VI: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐẶC BI ỆT 6.6. GIA CÔNG BẰNG TIA NƯỚC ÁP LỰC CAO Gia công b ằng tia n ướ c (hay còn g ọi gia công c ắt b ằng tia nướ c: Water Jet Cutting-WJC) là một quá trình s ử dụng tia n ướ c ở áp su ất cao (t ừ 2.10 8 – 4.10 8 Pa) để c ắt đứ t v ật li ệu. Để t ăng kh ả n ăng c ắt dòng tia n ướ c áp l ực cao đượ c pha tr ộn thêm h ạt mài g ọi là gia công bằng tia n ướ c áp l ực cao có h ạt mài (Abrasive Waterjet Cutting-AWJ). 26 CHƯƠNG VI: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐẶC BI ỆT 6.6. GIA CÔNG BẰNG TIA NƯỚC ÁP LỰC CAO 27 6.6. GIA CÔNG BẰNG TIA NƯỚC ÁP LỰC CAO Ưu điểm - Có kh ả n ăng t ự độ ng hóa cao. - Không ảnh h ưở ng đế n môi tr ườ ng. - Không ảnh h ưở ng nhi ệt. - Có th ể c ắt b ất c ứ v ật li ệu nào. - Ít lãng phí ch ất th ải sau gia công. - Chí phí th ấp. Nh ượ c điểm - Do áp xu ất s ẽ gi ảm d ần t ừ v ị trí vòi phun nên ch ất l ượ ng bề mắt c ũng gi ảm dần. - Cắt đượ c các t ấm kim lo ại có chi ều dày h ữu h ạn. 28 6.6. GIA CÔNG BẰNG TIA NƯỚC ÁP LỰC CAO Ph ạm vi ứng d ụng - Ứng d ụng nhi ều trong công nghi ệp để c ắt các s ản ph ẩm dạng t ấm có biên dạng ph ức t ạp nh ư nh ững chi ti ết hoa v ăn - Cắt th ực ph ẩm: Dùng dung d ịch c ắt là d ầu ăn - Cắt không sinh nhi ệt nên s ử d ụng để c ắt t ại các v ị trí c ần hạn ch ế nhi ệt nh ư trong các nhà máy hóa d ầu, c ắt phá bom mìn... 29 CHƯƠNG VI: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐẶC BI ỆT 6.6. GIA CÔNG BẰNG IN 3D Gia công in 3D là một quá trình s ản xu ất các ch ất li ệu (nh ựa, kim lo ại hay b ất k ỳ th ứ gì khác) theo %ph ươ ng cách xếp t ừng l ớp v ới nhau để tạo nên một v ật th ể 3 chi ều. 30 CHƯƠNG VI: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐẶC BI ỆT 6.6. GIA CÔNG BẰNG IN 3D Ph ạm vi ứng d ụng - Ch ế t ạo mẫu: Ph ụ ki ện, trang s ức 31 CHƯƠNG VI: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐẶC BI ỆT 6.6. GIA CÔNG BẰNG IN 3D Ph ạm vi ứng d ụng - Ứng d ụng y h ọc, s ản xu ất b ộ phân c ơ th ể ng ườ i 32 CHƯƠNG VI: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐẶC BI ỆT 6.6. GIA CÔNG BẰNG IN 3D Ph ạm vi ứng d ụng - Sản xu ất linh ki ện 33 CHƯƠNG VI: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐẶC BI ỆT 6.6. GIA CÔNG BẰNG IN 3D Ph ạm vi ứng d ụng - Ch ế bi ến th ực ph ẩm 34 CHƯƠNG VI: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG ĐẶC BI ỆT 6.6. GIA CÔNG BẰNG IN 3D Ph ạm vi ứng d ụng - Xây dựng 35