bài giảng các quá trình gia công cơ khí

03/05/15 1
Các ph ơng pháp cơ học
(Mechanical Processes)
ThS. Trần Anh Vàng
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 n ớc (Water Jet Machining - WJM)
4. Gia công bằng tia hạt mài (Abrasive Jet Machining - AJM)
03/05/15 2
1. gia công bằng siêu âm
(Ultrasonic machining)
ThS. Trần Anh Vàng
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`
03/05/15 3
1.1. nguyên lý gia công
Bản chất: hạt mài trong dung dịch, đ ợc
truyền dao động tần số cao (siêu âm)
bắn phá, bào mòn vật liệu phôi.
Quá trình
- Dung dịch chứa hạt mài đ ợc 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-
75àm;

- Hạt mài nhận năng l ợng 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 ph ơng Z;
- Nếu phôi chuyển động đ ợc theo X, Y
thì có thể gia công nh phay.
03/05/15 4
1.1. nguyªn lý gia c«ng
03/05/15 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: H ớng ăn dao
- Slurry pump: Bơm hỗn hợp
- Slurry to machning zone: Đ
ờng dẫn hỗn hợp vào vùng
gia công
- Return slurry: Đ ờng hỗn
hợp về bể
- Slurry tank: Bể chứa hỗn
hợp
03/05/15 6
1.2. ThiÕt bÞ vµ dông cô
03/05/15 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 đ ợc thiết kế sao cho
chúng làm việc trong chế độ cộng h ởng.

Có 2 loại nguồn dao động:

áp điện (piezoelectric), công suất d ới 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 th ờng dùng Monel (hợp kim Ni + Cu + Fe), hợp kim Ti, thép
không gỉ, đồng.
1.2. Thiết bị và dụng cụ
03/05/15 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
03/05/15 9
1.2. ThiÕt bÞ vµ dông cô
03/05/15 10
1.2. ThiÕt bÞ vµ dông cô
03/05/15 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 th ờng dùng Nitride Bore (CBN), Oxit nhôm (Al
2
O
3
), Carbide
Silic (SiC), Carbide Bore (B
4
C), kim c ơng,

Kích th ớc hạt mài ảnh h ởng trực tiếp đến độ nhám bề mặt và năng suất gia
công. Hạt mài mịn cho bề mặt bóng nh ng năng suất thấp. Th ờng dùng cỡ 15-
150àm.

Hỗn hợp mài có n ớc và hạt mài (tỷ lệ 1:1 theo khối l ợng). 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
03/05/15 12
1.3. §iÒu kiÖn gia c«ng
03/05/15 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/đ ờng 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: 0,25-0,75àm;

Thớ bề mặt: không;

Độ khuyếch rộng lỗ: 1,5-4,0 lần kích th ớc trung bình của hạt mài.
1.4. Khả năng công nghệ và ứng dụng
03/05/15 14

Ưu điểm

Gia công đ ợc 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.
H ớng phát triển

Giải quyết vấn đề dụng cụ và điều khiển sóng âm.
1.4. Khả năng công nghệ và ứng dụng
03/05/15 15
2. gia công có hỗ trợ của siêu âm
(Ultrasonic Assisted machining)
ThS. Trần Anh Vàng
Khoa Hàng không vũ trụ, Học viện KTQS
2.1. Nguyên lý
2.2. Thiết bị và dụng cụ
2.3. Hiệu quả

03/05/15 16
2.1. Gia công có trợ giúp của siêu âm - nguyên lý
- Bản chất là cắt thông th ờng (phay, tiện,
khoan, mài, );
- Ngoài chuyển động cắt thông th ờng, dao đ
ợc cấp dao động siêu âm (f20kHz, a 5-
10àm), 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 th ờng 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,
03/05/15 17
2.2. Gia c«ng cã trî gióp cña siªu ©m - thiÕt bÞ vµ dông cô
03/05/15 18
2.2. Gia c«ng cã trî gióp cña siªu ©m - thiÕt bÞ vµ dông cô
03/05/15 19
2.2. Gia c«ng cã trî gióp cña siªu ©m - thiÕt bÞ vµ dông cô
03/05/15 20
2.2. Gia c«ng cã trî gióp cña siªu ©m - thiÕt bÞ vµ dông cô
03/05/15 21
Tác dụng tăng tốc độ ăn dao khi
khoan hợp kim Ti với P=127,5N
(const); D=3mm; n=125v/ph;
f=20kHz, a=10àm.
Tác dụng giảm lực cắt khi
khoan vật liệu composite sợi

cao su với s=3mm/vg=(const).
2.2. Gia công có trợ giúp của siêu âm - Hiệu quả
03/05/15 22
- Siêu âm tăng độ bóng bề mặt;
- Có thể tạo ra bề mặt g ơng 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
03/05/15 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
03/05/15 24
3. Gia c«ng b»ng tia n íc
(water jet machining)
ThS. TrÇn Anh Vµng
Khoa Hµng kh«ng vò trô, Häc viÖn KTQS
03/05/15 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.