Các phương pháp gia công đặc biệt

BÀI GIẢNG

CÁC PHƯƠNG PHÁP
GIA CÔNG ĐẶC BIỆT

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH


CHÖÔNG 2:
CAÙC PHÖÔNG PHAÙP GIA
COÂNG CÔ


I. Gia công siêu âm
II. Gia công tia nước
III. Gia công dòng hạt mài
IV. Gia công sử dụng kim cương và vật liệu siêu cứng
tổng hợp
IV. Gia công cắt có dao động
VI. Gia công cắt sử dụng các chất lỏng trơn nguội, môi
trường khí và chất bôi trơn rắn
GV: TRƯƠNG QUỐC THANH


I. GIA CƠNG SIÊU ÂM
1 Khái niệm
• -Gia công bằng siêu âm là truyền dao động vào vùng cắt
• dưới tần số siêu âm. Dao động này va đập vào hạt mài, hạt
• mài va đập vào vùng cắt tạo nên bề mặt cần gia công.
• - Siêu âm là sóng đàn hồi có tần số từ 20 kHz ÷ 1 GHz,
• nhưng dùng để gia công chỉ với tần số từ 15÷30 kHz.

• -Máy siêu âm dùng để gia công các chi tiết chế tạo từ vật liệu
cứng và dòn như thủy tinh, gốm sứ, đá, germani, hợp kim cứng,
kim cương .v.v.

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH


I. GIA CƠNG SIÊU ÂM
1.2 Ngun lí gia cơng

1- Bàn máy
2- Dụng cụ
3- Dao động siêu âm
4- Bộ chuyển đổi
5- Nguồn tần số cao
6- Thanh truyền sóng
7- Bộ phận làm mát
8- Bơm
9- Dung dòch hạt mài
10- Chi tiết gia công
11- Thùng chứa

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH


I. GIA CƠNG SIÊU ÂM
1.3 Cơ sở lí thuyết của gia cơng bằng
siêu âm
Sóng âm là sóng cơ học lan truyền được trong môi trường
rắn, lỏng, khí nhờ các phần tử vật chất làm nhiệm vụ truyền

sóng
•Nguồn âm là một môi trường đàn hồi có thể tạo ra và
truyền dao động vào môi trường tiếp xúc với nó. Một số đại
lượng vật lý của nguồn âm như: âm lượng, áp suất âm,
cường độ âm…
GV: TRƯƠNG QUỐC THANH


I. GIA CƠNG SIÊU ÂM
Theo tần số f, sóng âm được chia thành các loại: Hạ âm, Âm có thể nghe
được, Siêu âm, Cực siêu âm, siêu cao âm

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH


I. GIA CƠNG SIÊU ÂM
• Các yêu cầu đối với nguồn âm:
• - Có khả năng hòa trộn.
• - Âm lượng có thể biến đổi.
• - Chất lượng ổn đònh (ít bò nhiễu).
• - Khả năng phát sóng tốt.
• - Có tần số thích hợp.
• - Công suất lớn.
Có nhiều phương pháp để tạo sóng siêu âm, nhưng thường
dùng ba cách: cơ học, điện thế và từ giảo. Các thiết bò GC sử
dụng trong công nghệ chế tạo máy chủ yếu hoạt động với
máy phát dùng từ giảo làm nguồn phát dao động.
GV: TRƯƠNG QUỐC THANH

I. GIA CƠNG SIÊU ÂM
1.4 Thiết bị và dụng cụ
a) Thiết bò:

Gồm hai bộ phận chính sau:
• 1. Máy dùng cho GC siêu âm.
• 2. Đầu rung siêu âm.

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH


I. GIA CƠNG SIÊU ÂM

1- Phôi; 2- Dụng cụ; 3- Thanh truyền sóng; 4- Bộ chuyển đổi
5- Trục; 6- Trụ; 7- Bơm; 8- Thùng chứa
Hình 2.7 Máy gia công siêu âm kiểu 4773 của Nga
GV: TRƯƠNG QUỐC THANH


I. GIA CƠNG SIÊU ÂM

Hình 2.8 Hình dáng bên ngoài máy mài siêu âm CNC của hãng Bullen
GV: TRƯƠNG QUỐC THANH


I. GIA CÔNG SIÊU ÂM

GV: TRÖÔNG QUOÁC THANH

I. GIA CƠNG SIÊU ÂM

1- Dụng cụ
2- Đầu nối
3- Thanh truyền sóng
4- Đầu từ giảo
5- Vỏ máy

Hình 2.9 Sơ đồ cấu tạo đầu siêu âm
GV: TRƯƠNG QUỐC THANH


I. GIA CƠNG SIÊU ÂM
b) Dụng cụ
Thường dụng cụ có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau tùy theo yêu
cầu. Sử dụng nhiều nhất vẫn là dụng cụ có biên dạng giống như biên
dạng của chi tiết GC, kích thước của nó bò chi phối bởi kích thước của
hạt mài được sử dụng. Ï
Vật liệu làm dụng cụ cần có tính bền và dẻo thường là thép 45, thép dụng
cụ Y8A, Y10A, thép hợp kim 40X, 60Γ, ...

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH


I. GIA CƠNG SIÊU ÂM
c) Đầu nối
Giao tiếp giữa thanh truyền sóng và dụng cụ có một bộ phận gọi là đầu
nối. Đầu nối được chế tạo đặc biệt sao cho có thể lắp được các dụng cụ
vào thanh truyền sóng.
d) Thanh truyền sóng

Thanh truyền sóng là bộ phận truyền dao động từ đầu từ giảo cho dụng
cụ. Thanh truyền sóng có nhiều kiểu hình dáng bên ngoài khác nhau, phổ
biến là dạng đường cong hoặc trục bậc mà đầu nhỏ của nó ở phía đầu
lắp dụng cụ.

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH


I. GIA CƠNG SIÊU ÂM

Hình 2.10 Một số kiểu thanh truyền sóng thông dụng
GV: TRƯƠNG QUỐC THANH


I. GIA CƠNG SIÊU ÂM
e) Bộ chuyển đổi
Bộ chuyển đổi dùng để biến đổi năng lượng điện thành các dao động
siêu âm. Hiện nay có hai loại được sử dụng rộng rãi là bộ chuyển đổi áp
điện và bộ chuyển đổi từ giảo.
f) Hỗn hợp dung dòch hạt mài
Hỗn hợp dung dòch hạt mài bao gồm các hạt mài mòn, sắc trộn trong chất
lỏng là nước hoặc benzen, dầu nhờn, glyxerin.

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH


I. GIA CƠNG SIÊU ÂM
1.5 Các thông số công nghệ
a) Năng suất bóc vật liệu MRR (Material Removal Rate)
Năng suất bóc vật liệu khi GC siêu âm là thể tích vật liệu (phoi) được lấy đi trong

một đơn vò thời gian (mm3/phút)

b) Dung dòch và hạt mài
Trong điều kiện như nhau nếu dùng hạt mài là B4C thì năng suất đạt cao nhất. Ngoài
ra chất lỏng dạng huyền phù cũng rất quan trọng. Có thể dùng chất lỏng là nước,
dầu mazut, dầu hỏa, cồn, dầu máy, dầu gai, glyxerin...Trong đó dùng nước đạt năng
suất cao nhất.
GV: TRƯƠNG QUỐC THANH


I. GIA CƠNG SIÊU ÂM
c) Chất lượng bề mặt gia công
Độ nhám bề mặt GC có thế đạt Ra = 12,5÷0,2µm.
Độ nhám bề mặt phụ thuộc vào:
- Số lượng và kích thước hạt mài.
- Tính chất cơ lý của vật liệu GC.
- Biên độ dao động của dụng cụ.
- Độ nhám dụng cụ.
- Chất lỏng chứa bột mài.
Lưu ý rằng trong trường hợp GC cần đạt độ bóng cao thì không nên thay
nước bằng dầu
GV: TRƯƠNG QUỐC THANH


I. GIA CƠNG SIÊU ÂM

a)

•
•

•
•

b)

c)

Hình 2.25 là bề mặt lỗ GC bằng siêu âm
•
(a) so sánh với GC bằng tia laser
(b) ở mức phóng đại 100 lần.
(c) là bề mặt lỗ được GC bằng siêu âm,
(d) GC bằng tia laser ở mức phóng đại 500 lần.

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH

d)


I. GIA CƠNG SIÊU ÂM
d) Độ chính xác gia công

Phụ thuộc vào nhiều yếu tố, có thể chia làm hai nhóm như
sau:
- Những yếu tố phụ thuộc vào thiết bò và độ chính xác điều
chỉnh máy
- Các yếu tố phụ thuộc vào đặc tính công nghệ

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH

Độ chính xác và chất lượng bề mặt khi GC bằng siêu âm
được trình bày trong bảng 2.3.

I. GIA CƠNG SIÊU ÂM

Kích thước
hạt mài,
µm

85 ÷ 105
46 ÷ 63
28 ÷ 42

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH

Độ nhám
bề mặt Ra, µm

Khe hở
bên sườn,
mm

Độ chính
xác gia
công, mm

Độ côn
của lỗ sau
từ 12 ÷ 15

mm

Sườn bên

Mặt đầu

Trò số hiệu
chỉnh dụng
cụ, mm

0,28 ÷ 0,36

+ 0,04

30

20

1,2

0,33

0,33 ÷ 0,37

+ 0,02

40’ ÷ 45’

0,22 ÷ 0,26

+ 0,02

20

0,24 ÷ 0,26

+ 0,015

30’

0,11 ÷ 0,13

+ 0,01

10

0,13 ÷ 0,14

+ 0,005

15’ ÷ 20’

0,35
2,5

1,63

0,24
0,25

1,25

0,32

0,12
0,14


I. GIA CƠNG SIÊU ÂM
1.6 Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng
• a) Ưu điểm
•

-Gia công bất kỳ vật liệu nào bất chấp tính truyền dẫn (nhiệt, điện) của
nó.

•

-Gia công siêu âm được áp dụng để GC các vật liệu phi kim loại, nhựa,
vật liệu bán dẫn như silicon, germanium...

•

-Gia công siêu âm không tạo ra các bề mặt dò thường (biến cứng, nứt tế
vi...) do hoá, nhiệt, điện bởi vì GC không thực hiện bằng tác động hoá,
nhiệt, điện mà bằng cơ học.

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH

I. GIA CƠNG SIÊU ÂM
•

-Có thể GC chính xác các lỗ tròn hoặc không tròn trên các vật liệu rất
cứng, rắn, dòn, nhất là vật liệu ceramic, thủy tinh, đá...

•

-Ít để lại ứng suất dư vì đặc trưng GC không nhiệt của nó.

•

-Cho phép GC được những vật liệu vô cùng cứng, rắn, dòn.

•

-Cho phép GC được những vật liệu phi kim loại.

•

-Không gây ra hiện tượng nứt tế vi bề mặt.

•

-Không gây ra tai nạn lao động.

GV: TRƯƠNG QUỐC THANH


I. GIA CƠNG SIÊU ÂM

b) Nhược điểm
1. Dụng cụ mòn nhanh.
2. Năng suất thấp khi GC vật liệu từ hợp kim cứng và thép đã tôi, bằng
1/20÷1/50 năng suất khi GC thủy tinh, thạch anh,... ,dụng cụ mòn nhiều
hơn.
3. Diện tích GC bò hạn chế. Có thể tăng tiết diện GC bằng cách nâng cao
công suất ra của đầu từ giảo và diện tích phát sóng của nó.
4. Chỉ có thể GC lỗ và hốc không sâu lắm, giới hạn hợp lý là 25 ÷40mm.
Tăng độ sâu thì giảm nhiều năng suất, do làm tăng vai trò của quá
trình mài gọt phụ, và làm xấu đi nhiều việc đưa bột mài vào vùng làm
việc cũng như việc lấy đi sản phẩm mài mòn của dụng cụ.
GV: TRƯƠNG QUỐC THANH