Các phương pháp gia công tinh bằng điện vật lý và điện hóa học

Nội dung text: Các phương pháp gia công tinh bằng điện vật lý và điện hóa học

1. 5.10. CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG TINH BẰNG ĐIỆN VẬT LÝ VÀ ĐIỆN HÓA HỌC 5.10.1. Khái niệm * Ngày nay, để nâng cao chất lượng sản phẩm, trong công nghiệp người ta sử dụng rất nhiều loại vật liệu mới có độ bền, độ cứng, tính chịu mài mòn cao như: các koại thép chịu nhiệt, thép hợp kim, thép không rỉ, hợp kim cứng.v.v. Việc gia công các loại vật liệu này bằng các phương pháp cắt gọt thông thường gặp rất nhiều khó khăn, nhất là các bề mặt có biên dạng phức tạp. Để khắc phục khó khăn trên, bên cạnh việc nghiên cứu cải tiến, hoàn thiện các phương pháp gia công cắt gọt thông thường, đã sử dụng các phương pháp gia công mới. Cơ sở của phương pháp này là dựa vào sự tác dụng năng lượng của các hiện tượng vật lý lên bề mặt vật rắn hay các hiện tượng hoá học xuất hiện trong vùng cắt. * Đặc điểm: - Chất lượng và tính chất gia công không phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu mà chỉ phụ thuộc vào các thông số về nhiệt của nó. - Có khả năng tạo hình phức tạp, kích thức nhỏ, độ chính xác gia công đạt được cao. - Không cần dụng cụ có độ cứng cao hơn vật liệu gia công. - Tiết kiệm nguyên vật liệu, nâng cao hệ số sử dụng vật liệu. - Công nghệ tương đối đơn giản, dễ tự động hoá. - Năng suất bóc kim loại không cao, thiết bị khá đắt tiền, giá thành gia công cao. * Phân loại: Về cơ bản, có thể chia các phương pháp gia công này thành 5 nhóm. - Các phương pháp gia công bằng phóng điện ăn mòn ( Gia công bằng tia lửa điện, xung điện, gia công bằng điện cực dây.v.v) - Các phương pháp gia công bằng chùm tia ( Chùm tia điện tử, chùm tia laze.v.v.) - Các phương pháp gia công bằng siêu âm. - Các phương pháp gia công bằng điện hoá học. - Các phương pháp gia công phối hợp các phương pháp trên ( Mài điện hoá, phương pháp dương cực cơ khí). 5.10.2 .Gia công bằng phóng điện ăn mòn 1. Gia công bằng tia tửa điện * Bản chất:
2. Bản chất của phương pháp là phóng tia tửa điện để ăn mòn kim loại khi truyền năng lượng qua rãnh dẫn điện. * Sơ đồ nguyên lý: R _ _ C _ A + + V + Hình 5.60 * Điện cực dụng cụ: thường được chế tạo từ các vật liệu như đồng thau, đồng vàng, gang, nhôm và đôi khi cả vonphram. Khi gia công tinh lỗ, đường kính của điện cực dụng cụ cần lấy nhỏ hơn kích thước yêu cầu khoảng 0,05 ÷ 0,1 mm. Tuỳ thuộc vào chế độ gia công, độ chính xác của phương pháp có thể đạt từ ±0,3 đến ±0,0l mm, còn độ bóng bề mặt nằm trong khoảng cấp 1 ÷ 7. * Môi trường gia công (dung dịch) bằng tia lửa điện là dầu hoả, dầu biến thế hoặc có thể gia công trong môi trường không khí, tuy nhiên trường hợp này có hiệu quả rất thấp. * Phương pháp này được dùng để gia công các lỗ hoặc các bề mặt có biên dạng bất kỳ trên các chi tiết từ hợp kim cứng và thép nhiệt luyện (các bộ khuôn, các ván kéo sợi, các dụng cụ cắt, v.v ) để cắt đứt vật liệu cứng v.v * Nhược điểm: - Năng suất thấp (khoảng 800 ÷ 900 mm3/ phút khi gia công thép). - Tiêu hao năng lượng điện lớn (10 ÷ 17 kW/ giờ trên 1 kG trọng lượng kim loại được bóc đi). - Hao mòn dụng cụ lớn (khoảng 25 ÷ 50%, đôi khi 100% thể tích kim loại được bóc đi). 2. Gia công bằng điện cực dây. * Bản chất: Là phương pháp gia công bằng tia lửa điện trong đó điện cực dây đóng vai trò là điện cực dụng cụ. * Sơ đồ nguyên lý:
3. u v Wire - C¾t d©y Z Y X Hình 5.61 * Chất điện môi Dung môi để gia công thường là nước khử khoáng hoặc có thể là dầu. * Các loại dây điện cực: - Đường kính dây: thường dùng d= 0.1 ÷ 0.3 mm. - Vật liệu dây: Tuỳ theo vật liệu gia công mà có thể sử dụng các loại vật liệu dây khác nhau như: Đồng, đồng thau CuZn, molipđen, volfram hoặc dây có lớp phủ. Dây có lớp phủ có ưu điểm là độ bền kéo lớn, khả năng thoát nhiệt tốt.Ví vụ dấy HSW-25X có lõi là đồng thau CuZn30, lớp phủ là ô xít kẽm. * Ưu điểm: - Cắt được phôi có chiều dày lớn ( đến 500 mm). - Độ chính xác gia công cao, với các máy hiện đại có thể đạt sai số < 3 mm, nhám bề mặt Rmax = 0,5 μm. - Kết cấu của máy đơn giản và có khả năng tự động hóa nguyên công. * Nhược điểm: Chỉ gia công được các vật liệu dẫn điện. * Cắt dây tia lửa điện chủ yếu là dùng để gia công các lỗ định hình, gia công điện cực cho xung định hình, gia công các công tua và các mặt 3D phức tạp. 5.10.3. Gia công bằng chùm tia laze. * Sơ đồ nguyên lý:
4. Chi tiÕt Hình 5.63. Máy phát lade là một thiết bị phát ra chùm ánh sáng đơn sắc có tính định huớng cao, có bước sóng rất 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 1000 kW/mm2. Quá trình tác dụng của chùm tia lade vào vị trí gia công được chia ra các giai đoạn sau: - Vật liệu gia công hút năng lượng của chùm tia lade và chuyển năng lượng này thành nhiệt năng. - Đốt nóng vật liệu gia công tới nhiệt dộ có thể phá hỏng vật liệu đó. - Phá hỏng vật liệu gia công và đẩy chúng tia ra khỏi vùng gia công. - Vật liệu gia công nguội dần sau khi chùm tia lade tác dụng xong. * Gia công bằng chùm tia lade rất có hiệu quả đối với lỗ nhỏ. Đường kính lỗ nhỏ nhất có thể đạt 4 μm. Sử dụng chùm tia lade có thể gia công được các vật liệu khác nhau như kim loại, thạch anh, kim cương, rubi,v.v Chiều sâu lỗ gia công có thể đạt 12,7 mm. Khi gia công đường kính lỗ 0,1÷ 0,2 mm thì độ chính xác có thể đạt 2 ÷ 5 μm. 5.10.4. Gia công bằng siêu âm. * Bản chất: Gia công kim loại bằng siêu âm là một dạng của gia công cơ. Bản chất của nó là dùng năng lượng va đập đồng thời của một số lớn các hạt mài có tần số va đập 18 ÷ 25 kHz lên bề mặt gia công để tách ra các hạt kim loại rất nhỏ. * Sơ đồ nguyên lý:
5. 5 6 4 7 3 2 1 Hình 5.64 * Vật liệu dụng cụ thường dùng là thép 45, Y8A,Y10A, 40X.v.v. * Vật liệu hạt mài: Thường dùng là cácbít bo, cácbít silíc, bột kim cương.v.v. * Khả năng công nghệ: - Gia công bằng siêu âm có thể gia công được các lỗ định hình, cắt rãnh, cắt đứt.v.v. - Độ chính xác gia công phụ thuộc nhiều yếu tố như: độ đồng nhất của hạt mài, chế độ gia công.v.v. Khi gia công lỗ có đạt độ chính xác 0,01÷ 0,05 mm, nhám bề mặt Ra = 12,5 ÷ 0,2 μm. * Ưu điểm: Gia công được cả vật liệu lim loai và phi kim. Phương pháp này phát huy hiệu quả rất cao khi gia công các loại vật liệu dòn như thuỷ tinh. * Nhược điểm: độ mòn của dụng cụ lớn. ví dụ khi gia công thuỷ tinh độ mòn khoảng 1 ÷ 1,5%, gia công hợp kim cứng độ mòn khoảng 40 ÷ 60%, thậm chí đến 150% khối lượng kim loại được bóc ra. 5.10.5. Gia công bằng điện hoá học. * Bản chất: Thực tế có nhiều dạng gia công điện hoá nhưng sử dụng đơn giản và thường dùng nhất là phương pháp điện hoá dòng điện phân. Bản chất của phương pháp là quá trình hoà tan điện cực dương trong môi trường chất điện phân khi có dòng điện chạy qua. Lúc này điện cực dương là chi tiết gia công, điện cực âm là dụng cụ. * Sơ đồ nguyên lý:
6. _ + Hình 5.65 * Đặc điểm: - Có khả năng gia công được các bề mặt phức tạp. - Khả năng gia công không phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu mà chỉ phụ thuộc vào thành phần hoá học của nó. - Điện cực dụng cụ ít bị mòn. - Năng suất cao. - Nhám bề mạt Ra = 0,4 ÷ 1,6 μm. Khi tăng năng suất thì Ra giảm. 5.10.6. Các phương pháp gia công phối hợp. 1. Gia công bằng dương cực cơ khí. * Gia công bằng cực dương cơ khí là quá trình bao gồm các phương pháp gia công điện ăn mòn và điện hóa. Nếu tăng công suất ở vùng gia công thì tính chất của quá trình gần với điện ăn mòn, còn khi giảm công suất thì tính chất của quá trình gần với điện hóa. * Gia công bằng cực dương cơ khí được dùng để cắt các vật liệu cứng, các vật liệu khó gia công bằng cắt gọt, mài dao hợp kim cứng, mài các mặt phẳng, mặt trụ và nhiều công việc khác. * Quá trình gia công được thực hiện trong môi trường dụng dịch natri hoặc dung dịch muối (chỉ khi mài tinh). Hình 8.6 là sơ đồ cắt đứt kim loại bằng phương pháp cực dương cơ khí trên máy chuyên dùng. Chi tiết gia công 2 được kẹp chặt trên bàn máy (cực dương) còn dụng cụ là một đĩa quay 1 (cực âm). Dụng cụ được dịch chuyển tới chi tiết gia công dưới một áp lực nhỏ rồi tưới dung môi 3 vào vùng tiếp xúc giữa các điện cực (chi tiết gia công và dụng
7. cụ).Như vậy giữa các điện cực ngoài hiện tượng ăn mòn điện còn xảy ra quá trình điện hóa làm cực dương (chi tiết gia công) biến thành dung dịch. Dụng cụ quay với tốc độ vòng 15 ÷ 20 m/giây có tác dụng đẩy lớp màng dung dịch và các hạt nhỏ kim loại ra khỏi vùng gia công. Năng suất cắt của phương pháp phụ thuộc vào chế độ gia công. Lượng kim loại được bóc tách tối đa trong một phút có thể đạt 6000 mm3. Độ nhám bề mặt sau khi gia công đạt cấp 2 ÷ 4. 2. Gia công bằng điện hoá – cơ khí. Gia công bằng điện hóa - cơ khí được dùng chủ yếu để mài kim loại và hợp kim cứng. Phương pháp có năng suất cao gấp 2 lần so với phương pháp mài thông thường. Có hai phương pháp mài bằng điện hóa - cơ khí: - Dùng đá mài dẫn điện. - Dùng đá mài trung tính (không dẫn điện). Trong trường hợp thứ nhất người ta dùng đá mài dẫn điện. Năng suất gia công của phương pháp có thể đạt 1000 mm3/ phút. Độ chính xác của kích thước gia công đạt cấp 2, còn độ bóng bề mặt gia công đạt cấp 7÷ 8, đôi khi cấp 10 ÷ 12 (khi lượng dư gia công 0,01÷ 0,05 mm). ưu điểm của phương pháp là có khả năng mài được bất kỳ kim 1oại nào, không phụ thuộc vào độ cứng hay độ dẻo và không phóng điện hồ quang hay tia lửa điện. Nhược điểm của phương pháp: mật độ dòng điện lớn đòi hỏi phải có công suất nguồn điện lớn và tiêu hao chất điện phân lớn. Phương pháp này được dùng để mài rãnh thoát phoi trên các dụng cụ hợp kim cứng và mài nhiều loại chi tiết hợp kim cứng khác. Hình 8.7 là sơ đồ mài điện hóa - cơ khí bằng đá mài trung tính (đá mài không dẫn điện).
8. Hình 5.66 Chất điện phân chảy qua ống 3 tới bề mặt của chi tiết 2. Đá mài trung tính 1 chỉ có nhiệm vụ tách những hạt nhỏ kim loại tạo ra do phản ứng điện hóa từ mặt chi tiết gia công. Quá trình mài được tiến hành với chế độ sau đây: áp lực riêng của đá trong khoảng 0,5÷ 5 kG/cm2 mật độ dòng điện 0,5÷ 1,2 a/cm2, tốc độ dòng của đá mài 20÷ 30 m/giây. Độ chính xác của phương pháp đạt cấp 2 và độ bóng bề mặt đạt cấp 8÷ 9. Phương pháp này được dùng chủ yếu để mài mặt ngoài và để mài khôn lỗ. Phương pháp cũng có những ưu, nhược điểm như mài bằng đá mài dẫn điện nhưng chi phí đá mài thấp hơn và không đòi hỏi phải có cường độ dòng điện mạnh.