các phương pháp gia công đặc biêt phương pháp cơ học

3/31/2013
o Vn Hip, Hc vin KTQS
1
Các phơng pháp cơ học
(Mechanical Processes)
GS. TS. Đào Văn Hiệp
Khoa Hàng không vũ trụ, Học viện KTQS
1. Gia công bằng siêu âm (Ultrasonic Machining - UM)
2. Gia công có hỗ trợ của siêu âm (Ultrasonic Assisted Machining - UAM)
3. Gia công bằng tia nớc (Water Jet Machining - WJM)
4. Gia công bằng tia hạt mài (Abrasive Jet Machining - AJM)
3/31/2013
o Vn Hip, Hc vin KTQS
2
1. gia công bằng siêu âm
(Ultrasonic machining)
GS. TS. Đào Văn Hiệp
Khoa Hàng không vũ trụ, Học viện KTQS
1.1. Nguyên lý gia công
1.2. Thiết bị và dụng cụ
1.3. Chế độ gia công
1.4. Khả năng công nghệ`
3/31/2013
ao Vn Hip, Hc vin KTQS
3
1.1. nguyên lý gia công
Bản chất: hạt mài trong dung dịch, đợc
truyền dao động tần số cao (siêu âm)
bắn phá, bào mòn vật liệu phôi.
Quá trình
- Dung dịch chứa hạt mài đợc bơm vào

khe giữa dụng cụ và phôi (khoảng
0,02-0,1mm);
- Dụng cụ dao động vuông góc với bề
mặt gia công, với tần số siêu âm,
khoảng 16-25kHz, biên độ khoảng 20-
75m;
- Hạt mài nhận năng lợng dao động,
chuyển động với vận tốc cao, bắn phá,
làm vỡ, mòn bề mặt phôi.
- Dụng cụ chuyển động tịnh tiến dọc
trục, thực hiện ăn dao theo phơng Z;
- Nếu phôi chuyển động đợc theo X, Y
thì có thể gia công nh phay.
3/31/2013
Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS
4
1.1. nguyªn lý gia c«ng
3/31/2013
o Vn Hip, Hc vin KTQS
5
1.2. Thiết bị và dụng cụ
- Transducer: Bộ chấp hành
(tạo dao động)
- Horn: Bộ khuyếch đại dao
động
- Workpiece: Phôi
- Feed motion: Hớng ăn dao
- Slurry pump: Bơm hỗn hợp
- Slurry to machning zone: Đ-
ờng dẫn hỗn hợp vào vùng

gia công
- Return slurry: Đờng hỗn
hợp về bể
- Slurry tank: Bể chứa hỗn
hợp
3/31/2013
Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS
6
1.2. ThiÕt bÞ vµ dông cô
3/31/2013
o Vn Hip, Hc vin KTQS
7
Dụng cụ có nhiệm vụ biến dao động điện tần số cao thành dao động
cơ theo chiều trục, khuyếch đại đến biên độ cần thiết truyền cho đầu
dụng cụ. Thân dụng cụ và đầu dụng cụ đợc thiết kế sao cho chúng làm
việc trong chế độ cộng hởng.
Có 2 loại nguồn dao động:
áp điện (piezoelectric), công suất dới 900W, hiệu suất cao (đến
95%).
từ giảo (magneto-strictive), công suất tới 2,6kW. Loại này dùng
lõi Ni hoặc hợp kim Ni, hiệu suất chỉ đạt (20-35%), nên cần hệ
thống làm nguội.
Vật liệu dụng cụ phải có khả năng truyền âm tốt, có độ dai và chịu
mỏi, nên thờng dùng Monel (hợp kim Ni + Cu + Fe), hợp kim Ti, thép
không gỉ, đồng.
1.2. Thiết bị và dụng cụ
3/31/2013
Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS
8
Nguån dao ®éng dùa

trªn nguyªn lý tõ gi¶o
Nguån dao ®éng dùa
trªn nguyªn lý ¸p ®iÖn
1.2. ThiÕt bÞ vµ dông cô
3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 9
1.2. ThiÕt bÞ vµ dông cô
3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 10
1.2. ThiÕt bÞ vµ dông cô
3/31/2013
o Vn Hip, Hc vin KTQS
11
Vật liệu hạt mài phải cứng, sắc có vận tốc cao, khi va đập vào bề mặt phôi
tạo ra những vùng hẹp, có ứng suất lớn, làm nứt, vỡ bề mặt và bứt phá vật liệu
phôi. Vật liệu mài thờng dùng Nitride Bore (CBN), Oxit nhôm (Al
2
O
3
), Carbide
Silic (SiC), Carbide Bore (B
4
C), kim cơng,
Kích thớc hạt mài ảnh hởng trực tiếp đến độ nhám bề mặt và năng suất gia
công. Hạt mài mịn cho bề mặt bóng nhng năng suất thấp. Thờng dùng cỡ 15-
150m.
Hỗn hợp mài có nớc và hạt mài (tỷ lệ 1:1 theo khối lợng). Hỗn hợp loãng
dùng khi gia công lỗ sâu, khe hẹp.
Có thể gia công vật liệu cứng, giòn, nh gốm, thủy tinh, carbide, hoặc các vật
liệu dai, nh thép không gỉ, hợp kim Ti.
Có thể gia công các bề mặt không gian phức tạp, nh lỗ không tròn, lỗ có đ-
ờng tâm cong, hoặc các bề mặt nghệ thuật.

Tỷ số bị bào mòn giữa vật liệu chi tiết và dụng cụ khi cắt thủy tinh khoảng
100:1, khi cắt thép khoảng 1:1
1.3. Điều kiện gia công
3/31/2013
Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS
12
1.3. §iÒu kiÖn gia c«ng
3/31/2013
o Vn Hip, Hc vin KTQS
13
Kết quả gia công phụ thuộc:
Hỗn hợp mài (vật liệu, cỡ hạt, hình dạng hạt, nồng độ);
Dụng cụ và gá dụng cụ (vật liệu, tần số và biên độ dao động);
Vật liệu phôi. Vật liệu giòn (gốm, thủy tinh, carbide, ) dễ gia công. Có thể
gia công cả vật liệu không dẫn điện.
Khả năng công nghệ:
Tỷ số chiều sâu/đờng kính lỗ: 40:1;
Có thể gia công các lỗ nhỏ (0,3mm), tròn hoặc không tròn, tâm thẳng hoặc
cong;
Chiều sâu lỗ: 51-152mm (với điều kiện dung dịch đặc biệt);
Tốc độ bóc vật liệu: MRR
1
: 0,025-25mm
3
/ph;
Độ nhám bề mặt: 0,25-0,75m;
Thớ bề mặt: không;
Độ khuyếch rộng lỗ: 1,5-4,0 lần kích thớc trung bình của hạt mài.
1.4. Khả năng công nghệ và ứng dụng
3/31/2013

o Vn Hip, Hc vin KTQS
14
Ưu điểm
Gia công đợc mọi vật liệu, bất kể tính dẫn nhiệt, điện của nó;
Có thể gia công các vật liệu phi kim loại: nhựa, bán dẫn (Si, Ge);
Không làm hỏng lớp bề mặt (biến cứng, nứt tế vi, ứng suất d) do không có
tác dụng hóa, cơ, nhiệt;
Có thể gia công chính xác các lỗ nhỏ (0,3mm), tròn, không tròn, lỗ tâm
cong, từ vật liệu cứng, giòn nh gốm, thủy tinh, đá;
Khả năng công nghệ:
Dụng cụ mòn nhanh;
Năng suất thấp khi gia công thép tôi (1/20-1/50 thủy tinh, thạch anh);
Khó tăng diện tích gia công do khó nâng cao công suất của thiết bị.
Hớng phát triển
Giải quyết vấn đề dụng cụ và điều khiển sóng âm.
1.4. Khả năng công nghệ và ứng dụng
3/31/2013
o Vn Hip, Hc vin KTQS
15
2. gia công có hỗ trợ của siêu âm
(Ultrasonic Assisted machining)
GS. TS. Đào Văn Hiệp
Khoa Hàng không vũ trụ, Học viện KTQS
2.1. Nguyên lý
2.2. Thiết bị và dụng cụ
2.3. Hiệu quả
3/31/2013
o Vn Hip, Hc vin KTQS
16
2.1. Gia công có trợ giúp của siêu âm - nguyên lý

- Bản chất là cắt thông thờng (phay, tiện,
khoan, mài, );
- Ngoài chuyển động cắt thông thờng, dao đợc
cấp dao động siêu âm (f20kHz, a 5-10m),
biến lực cắt tĩnh thành lực xung;
- Tốc độ cắt thực tế lớn hơn tốc độ cắt tĩnh,
thay đổi cơ chế biến dạng và tạo phoi;
- Ngoài ra, do dao không thờng xuyên tiếp xúc
với phôi nên điều kiện truyền nhiệt tốt hơn.
- Kết quả là lực cắt trung bình giảm, nhiệt độ
thấp, độ bóng bề mặt cao, không có bavia,
không có lẹo dao,
3/31/2013
Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS
17
2.2. Gia c«ng cã trî gióp cña siªu ©m - thiÕt bÞ vµ dông cô
3/31/2013
Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS
18
2.2. Gia c«ng cã trî gióp cña siªu ©m - thiÕt bÞ vµ dông cô
3/31/2013
Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS
19
2.2. Gia c«ng cã trî gióp cña siªu ©m - thiÕt bÞ vµ dông cô
3/31/2013
Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS
20
2.2. Gia c«ng cã trî gióp cña siªu ©m - thiÕt bÞ vµ dông cô
3/31/2013
Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS

21
T¸c dông t¨ng tèc ®é ¨n dao khi
khoan hîp kim Ti víi P=127,5N
(const); D=3mm; n=125v/ph;
f=20kHz, a=10m.
T¸c dông gi¶m lùc c¾t khi khoan
vËt liÖu composite sîi cao su víi
s=3mm/vg=(const).
2.2. Gia c«ng cã trî gióp cña siªu ©m - HiÖu qu¶
3/31/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 22
- Siêu âm tăng độ bóng bề mặt;
- Có thể tạo ra bề mặt gơng ngay
cả khi phay mà nếu không có siêu
âm thì phải mài.
2.3. Gia công có trợ giúp của siêu âm - hiệu quả
3/31/2013 o Vn Hip, Hc vin KTQS 23
- Siêu âm có thể triệt
tiêu bavia ngay cả kho
khoan nhôm;
- Tăng độ cứng vững
của chi tiết mảnh;
- Giảm ma sát giữa dao
và chi tiết -> giảm biến
dạng phoi và giảm
nhiệt cắt
2.3. Gia công có trợ giúp của siêu âm - hiệu quả
3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 24
3. Gia c«ng b»ng tia níc
(water jet machining)
GS. TS. §µo V¨n HiÖp

Khoa Hµng kh«ng vò trô, Häc viÖn KTQS
3/31/2013 Đào Văn Hiệp, Học viện KTQS 25
3.1. Basic waterjet principles
• Waterjet cutting has been a specialty technology used in a wide variety of industries since
about 1970. Around 1990, big advances in the technology caused this technology to become
very popular for machine shops. There are now a lot of companies making a lot of money by
replacing conventional machining with water jet cutting methods.
• Over the last 10 years, abrasivejet machining has taken off like wildfire. Thousands of job-
shops have sprung up around the world.