Gia c«ng b»ng tia h¹t
I. Giíi thiÖu chung vÒ ph­¬ng ph¸p.
C¸c ph­¬ng ph¸p gia c«ng truyÒn thèng ®Òu ®Æc tr­ng bëi sù cä s¸t trùc tiÕp cña c¸c l­ìi c¾t víi bÒ mÆt cña chi tiÕt gia c«ng trong suèt qu¸ tr×nh gia c«ng. Khi ®ã qu¸ tr×nh gia c«ng x¶y ra cïng víi c¸c hiÖn t­îng nhiÖt t¨ng, lùc c¾t thay ®æi, rung ®éng cña tÊt c¶ cña tÊt c¶ c¸c hÖ thèng c«ng nghÖ ( m¸y – g¸ - dao – chi tiÕt ) .
VÝ dô: Kh¶o s¸t khi tiÖn l­îng nhiÖt sinh ra phô thuéc vµo: VËt liÖu, dao c¾t, chÕ ®é c¾t, yÕu tè ¶nh h­ëng cña dao: cô thÓ

: l­îng nhiÖt truyÒn vµo chi tiÕt (
4%).

: L­îng nhiÖt truyÒn vµo dao (
15
20%)

: L­îng nhiÖt truyÒn vµo ph«i (
75
80%).

: L­îng nhiÖt truyÒn vµo kh«ng khÝ (
1%).
(

§Ó gi¶m c¸c ¶nh h­ëng kÓ trªn ng­êi ta ¸p dông c¸c ph­¬ng h¸p gia c«ng míi , ®ã lµ c¸c ph­¬ng ph¸p gia c«ng vËt liÖu b»ng tia n­íc vµ tia h¹t mµi ¸p lùc cao víi c¬ chÕ sãi mßn vËt liÖu. ¸p dông trong khoan, c¾t ®øt, ®Þnh h×nh, c¸c vËt liÖu nãi chung, kü thuËt khai th¸c má, ®­êng hÇm, lµm s¹ch c¸c bÒ mÆt: tÈy ba via, chÊt bÈn sau khi ®óc…
­u ®iÓm chung cña ph­¬ng ph¸p:
Kh«ng cÇn xÝch ®éng häc, dông cô c¾t chØ cÇn ®iÒu chØnh ¸p suÊt.
Dao cã l­ìi th× mßn, cßn tia n­íc lu«n lu«n s¾c.
Kh«ng cÇn h­íng chÝnh x¸c.
NhiÖt hÇu nh­ kh«ng cã, kh«ng cã biÕn d¹ng nhiÖt.
Gia c«ng tia n­íc ¸p lùc cao ®­îc øng dông rÊt réng r·i, nã cã thÓ c¾t ®­îc c¸c vËt liÖu rÊt cøng, còng cã thÓ rÊt mÒm. Tuy nhiªn trong ngµnh chÕ t¹o m¸y cßn h¹n chÕ do nhiÒu vÊn ®Ò lý thuyÕt vµ thùc tÕ ch­a gi¶ quyÕt ®­îc.
Nh­îc ®iÓm chÝnh cña ph­¬ng ph¸p gia c«ng tia n­íc ¸p lùc cao lµ khã kiÓm so¸t ®­îc ®é chÝnh x¸c vÒ kÝch th­íc, gi¸ thµnh chi tiÕt cßn cao. §Ó n©ng cao hiÖu qu¶ khi gia c«ng c¬ khÝ ng­êi ta bæ xung thªm vµo tia n­íc mét phÇn tö h¹t mµi ( gia c«ng tia h¹t mµi) hoÆc cho mét l­îng h¹t mµi vµo dßng khÝ ¸p suÊt cao ( gia c«ng kh«).
Gia c«ng tia h¹t mµi cã 4 nhãm chÝnh:
Gia c«ng b»ng tia n­íc ¸p suÊt cao.
Gia c«ng b»ng tia n­íc + h¹t mµi
Gia c«ng kh« : dßng khÝ + h¹t mµi +vËn tèc cao + ¸p suÊt lín
Dßng ch¶y h¹t mµi : Kh«ng c¾t kh«ng khoan kim lo¹i, chØ lµm s¹ch vµ ®¸nh bãng bÒ mÆt.
II.T×nh h×nh liªn quan ®Õn ph­¬ng ph¸p gia c«ng:
1. LÞch sö cña ph­¬ng ph¸p:
N¨m 1950, tiÕn sÜ Noran Franz ®· thö dïng m¸y c¾t tia n­íc ®Ó c¾t gç. Tuy nhiªnkü thuËt nµy ®· kh«ng ®­îc ph¸t triÓn cho tËn ®Õn nh÷ng n¨m 1970 khi tiÕn sÜ Mohamed Hashish ®· t¹o ra mét ph­¬ng ph¸p kü thuËt ®ã lµ thªm vµo dßng tia n­íc cã ¸p suÊt cao, tèc ®é lín c¸c h¹t mµi ®Ó t¨ng kh¶ n¨ng c¾t. Ngµy nay viÖc c¾t b»ng tia n­íc ®· ®­îc øng dông ë nhiÒu lÜnh vùc. Mét sè tia n­íc hay dïng : tia n­íc kh«ng cã h¹t mµi, tia n­íc cã trén h¹t mµi, tia n­íc va ®Ëp.
2. ViÖt nam.
Ph­¬ng ph¸p ®­îc sö dông kh¸ phæ biÓn, nhÊt lµ trong ngµnh ®ãng tµu, dïng lµm s¹ch vá tµu, gäi lµ ph­¬ng ph¸p phun c¸t.
Trong c«ng nghÖ thùc phÈm. Trong ngµnh c¬ khÝ còng hay dïng ®Ó lµm s¹ch vµ ®¸nh bãng th« c¸c chi tiÕt nh­ lßng khu«n, vËt ®óc. Trong g­¬ng kÝnh hay dïng ®Ó gia c«ng c¸c h×nh , ch÷ trªn kÝnh tñ, g­¬ng,…
III.Gia c«ng kh«.
Nguyªn lý gia c«ng.


H×nh 1: Nguyªn lý gia c«ng dßng h¹t mµi.
Gia c«ng dßng h¹t mµi lµ ph­¬ng ph¸p bãc vËt liÖu khi dßng khÝ kh« mang h¹t mµi víi vËn tèc cao t¸c ®éng lªn chi tiÕt. Sù va ®Ëp cña c¸c phÇn tö h¹t mµi vµo bÒ mÆt chi tiÕt gia c«ng t¹o thµnh mét ¸p lùc tËp trung ®ñ lín, g©y nªn mét vÕt nøt nhá, vµ dßng khÝ mang c¶ h¹t mµi vµ mÈu vËt liÖu nøt (mßn) ®i ra khái chi tiÕt. Ph­¬ng ph¸p nµy rÊt thuËn tiÖn ®Ó gia c«ng c¸c vËt liÖu gißn, dÔ vì.
KhÝ bao gån nhiÒu lo¹i nh­ kh«ng: khÝ,
, nit¬, heli,… KhÝ sö dông cã ¸p suÊt: 0,2
1,4MPa, dßng khÝ cao tèc + h¹t mµi cã vËn tèc (
vµ ®­îc ®iÒu khiÓn bëi mét van.
ThiÕt bÞ vµ dông cô.
a. M¸y


H×nh 2: S¬ ®å m¸y gia c«ng dßng h¹t mµi.
KhÝ tõ b×nh ch­¸ sau khi läc ®­îc ®­a ®Õn bé trén. Trong bé trén cã chøa s½n h¹t mµi mÞn. Bé trén ®­îc rung víi tÇn sè 50(c/s). Tõ bé trén, dßng khÝ víi c¸c h¹t mµi cã ®­êng kÝnh d = 10
50(
) ®­îc dÉn tíi vßi phun ®i ra ngoµi. L­îng khÝ tiªu thô kho¶ng 0,6 (
/h). §Çu vßi phun c¸ch chi tiÕt gia c«ng mét kho¶ng nhÊt ®Þnh tuú thuéc vµo môc ®Ých gia c«ng. Tèc ®é h¹t mµi ®­îc ®iÒu khiÓn bëi biªn ®é dung cña bé trén. Mèi liªn hÖ chuyÓn ®éng gi÷a vßi phun vµ chi tiÕt gia c«ng nhËn ®­îc nhê cam ch­¬ng tr×nh vµ m¸y vÏ truyÒn ®Ó ®iÒu khiÓn h×nh d¸ng vµ kÝch th­íc c¾t. ThiÕt bÞ dän bôi ®­îc g¾n ®Ó b¶o vÖ m«i tr­êng.
b.Vßi Phun


H×nh 3 : H×nh d¸ng ®Çu phun.
Vßi phun lµm b»ng vËt liÖu cøng ®Ó gi¶m mßn, th­êng sö dông WC ( c¸cbit Vonfram ) vµ Sapphire. Tuæi thä cña vßi phun b»ng WC tõ 12
30 giê, cßn vßi phun b»ng Sapphire cã tuæi thä ®Õn 300h. Lç vßi phun cã ®­êng kÝnh tõ :0,075
1(mm). §Çu phun cã thÓ th¼ng hoÆc cã gãc vu«ng.
c. H¹t mµi.
H¹t mµi ph¶i cã h×nh d¸ng kh«ng ®Òu, bao gåm nh÷ng c¹nh ng¾n, s¾c. H¹t mµi th­êng lµm tõ vËt liÖu sau :
, SiC, thuû tinh. Cì h¹t dïng trong gia c«ng th«, ®­êng kÝnh tõ :10
50(
), tuy nhiªn cã hiÖu qu¶ nhÊt lµ h¹t cã ®­êng kÝnh tõ 15
20 (
). C¸c h¹t mµi ph¶i ®ång bé vÒ kÝch th­íc cho mét lÇn sö dông. §iÒu ®ã quan träng trong viÖc sö dông l¹i h¹t mµi, bëi v× nh÷ng h¹t mµi sau khi sö dông cã thÓ bÞ g·y, mßn , h­ háng. §Ó qu¸ tr×nh gia c«ng cã hiÖu qu¶ th× h¹t mµi ph¶i s¾c c¹nh, kh«ng nªn sö dông c¸c h¹t mµi ®· mßn c¸c c¹nh vµ kÝch th­íc c¸c h¹t nhá h¬n. C¸c h¹t mµi nhá cã thÓ lµm t¾t vßi phun. ViÖc chän lo¹i h¹t mµi, cì h¹t mµi phô thuéc vµo tõng nguyªn c«ng.
C¸c th«ng sè c«ng nghÖ.
C¸c th«ng sè c¬ b¶n cña gia c«ng dßng h¹t mµi lµ:
¸p suÊt ra cña dßng h¹t mµi.
Tèc ®é ra cña dßng h¹t mµi.
Cì h¹t vµ lo¹i h¹t
N¨ng suÊt bãc vËt liÖu
VËt liÖu cña chi tiÕt gia c«ng.
N¨ng suÊt bãc vËt liÖu, h×nh d¸ng h×nh häc, ®é bãng bÒ mÆt, tèc ®é mßn vßi phun bÞ ¶nh h­ëng bëi kÝch th­íc vµ kho¶ng c¸ch vßi phun, thµnh phÇn, ®é bÒn kÝch th­íc, h×nh d¸ng cña dßng h¹t mµi, thµnh phÇn, ¸p suÊt, tèc ®é cña khÝ. N¨ng suÊt bãc vËt liÖu chñ yÕu phô thuéc vµo tèc ®é dßng h¹t mµi, kÝch th­íc h¹t mµi. H¹t mµi cã dé lín sÏ bãc víi tèc ®é cao h¬n. T¹i mét ¸p suÊt nhÊt ®Þnh, n¨ng suÊt bãc vËt liÖu t¨ng theo tèc ®é dßng h¹t mµi, nh­ng sau khi ®¹t ®Õn gi¸ trÞ tèi ­u th× n¨ng suÊt bãc vËt liÖu gi¶m nÕu ta tiÕp tôc t¨ng tèc ®é dßng h¹t mµi. Së dÜ nh­ vËy lµ v× tèc ®é dßng khÝ gi¶m khi tèc ®é t¨ng tèc ®é dßng h¹t mµi, tû sè trén t¨ng g©y nªn sù gi¶m n¨ng suÊt bãc vËt liÖu bëi v× n¨ng l­îng ®Ó mµi mßn lóc nµy gi¶m ®i.
Tèc ®é l­u l­îng h¹t mµi ph¶i xøng víi ¸p xuÊt vµ l­u l­îng dßng khÝ. L­u l­îng cña h¹t mµi th­êng tõ 2
20(g/ph). ¸p suÊt dßng khÝ ®iÓn h×nh lµ:( 2,2
1)N/
. Tèc ®é cña dßng h¹t tõ 150
300(m/s).
Thµnh phÇn khÝ ¶nh h­ëng dÕn mèi quan hÖ gi÷a ¸p suÊt vµ l­u l­äng khÝ.
N¨ng suÊt bãc vËt liÖu t¨ng khi t¨ng kho¶ng c¸ch tõ miÖng vßi ®Õn chi tiÕt gia c«ng ®Õn mét gi¸ trÞ nhÊt ®Þnh, sau ®ã nã gi÷ kh«ng thay ®æi trong mét kho¶ng c¸ch nhÊt ®Þnh råi gi¶m dÇn. Ph­¬ng ph¸p gia c«ng nµy cã n¨ng suÊt bãc vËt liÖu nhá.
Khi kho¶ng c¸ch tõ miÖng vßi phun ®Õn chi tiÕt gia c«ng cµng lín th× vÕt gia c«ng cµng réng, c¹nh c¾t cµng kÐm s¾c. Kho¶ng c¸ch tõ miÖng vßi phun vµ bÒ mÆt gia c«ng tõ :0,25
75(mm).
4. Dung sai vµ chÊt l­îng ®¹t ®­îc:
Gia c«ng bÒ mÆt cã thÓ ®¹t møc ®é nh¸m tõ 0,15
1,5(
) tuú theo kÝch th­íc h¹t mµi.
Dung sai cña ph­¬ng ph¸p mµ cã thÓ ®¹t ®­îc tõ (
) mm.
VÝ dô : Gia c«ng thÐp kh«ng gØ :
Lo¹i h¹t mµi
§é h¹t(
)
§é nh½n bÒ mÆt (
)



Oxit nh«m
10
0,2
0,5


25
0,25
0,53


50
0,38
0,96

Th¹ch anh
50
0,30
0,96

Cacbit Silic
SIC
20
0,3
0,5


50
0,43
0,86


5.øng dông.
Qu¸ tr×nh gia c«ng dßng h¹t mµi th­êng ®­îc sö dông ®Ó thùc hiÖn c¸c c«ng viÖc sau:
C¾t nh÷ng lç nhá, r·nh, nh÷ng m« h×nh, hoa v¨n phøc t¹p trªn vËt liÖu kim lo¹i rÊt cøng, hoÆc gißn hoÆc vËt liÖu phi kim lo¹i.
TÈy ba via.
C¾t mÐp, t¹o mÆt v¸t.
T¹o líp oxit vµ nh÷ng mµng máng t¹p chÊt trªn bÒ mÆt.
L¸m s¹ch chi tiÕt cã bÒ mÆt kh«ng ®Òu.
Ph­¬ng ph¸p n¸y ®­îc sö dông ®Ó gia c«ng c¸c lo¹i vËt liÖu kim lo¹i cøng vµ gißn, hîp kim, vËt liÖu phi kim lo¹i nh­: germanium, silicon, thuû tinh, ceramics, mica. Chi phÝ ban ®Çu thÊp.
* Nh­îc ®iÓm:
- N¨ng suÊt bãc vËt liÖu thÊp. Sù c¾t t¶n m¸t cã thÓ lµm cho ®é chÝnh x¸c kh«ng cao, vµ kh«ng thÓ gia c«ng ®­îc vËt liÖu mÒm.
- Gia c«ng lç s©u hay bÞ c«n.
- H¹t mµi g¨m vµo vËt liÖu gia c«ng.
IV.Gia c«ng tia n­íc
Nguyªn lý gia c«ng.
C¾t b»ng tia n­íc ( Water Jet Cutting – WJC ) lµ qu¸ tr×nh sö dông tia n­íc ë ¸p suÊt cao ®Ó gia c«ng vËt liÖu . VÕt c¾t hoÆc r·nh cã ®é réng xÊp xØ 1(mm). §­êng kÝnh lç nhá nhÊt cã thÓ c¾t ®­îc lµ 1,5 mm. Ph­¬ng ph¸p nµy cßn ®­îc gäi lµ ph­¬ng ph¸p thuû ®éng häc.


§Çu tiªn n­íc tõ thing cÊp n­íc ®i qua bé läc vµ hoµ trén. Sau ®ã nhê èng dÉn chÊt láng ®i qua bé khuÕch ®¹i ®Ó t¨ng ¸p suÊt lªn ®Çu phun. T¹i ®Çu phun tia n­íc ®­îc phun ra m¹nh hay yÕu lµ nhê van tiÕt l­u. Van nµy ®­îc ®iÒu khiÓn bëi mét bé ®iÒu khiÓn. Tia n­íc sau khi ra khái ®Çu phun cã ¸p suÊt lín ( th­êng tõ 100
400MPa), tèc ®é tia n­íc tõ 400
1000(m/s). Víi ¸p suÊt nµy, khi tia n­íc ch¹m vµo bÒ mÆt vËt liÖu gia c«ng nã t¹o nªn ¸p lùc lín ®é bÒn nÐn cña vËt liÖu, bÒ mÆt cña vËt liÖu bi n¸t ra vµ tia n­íc xuyªn qua t¹o thµnh vÕt c¾t, c¾t chi tiÕt gia c«ng.
C¸c th«ng sè c«ng nghÖ.
C¸c th«ng sè gia c«ng quan träng gia c«ng b»ng tia n­íc bao gåm: Kho¶ng c¸ch gia c«ng, ®­êng kÝnh lç vßi phun, ¸p suÊt n­íc, tèc ®é c¾t. Kho¶ng c¸ch gia c«ng lµ kho¶ng c¸ch gi÷a ®Çu vßi phun vµ bÒ mÆt gia c«ng. Th«ng th­êng kho¶ng c¸ch nµy nhá ®Ó tia n­íc ph©n t¸n tíi møc tèi thiÓu khi ®Ëp vµo bÒ mÆt, kho¶ng c¸ch gia c«ng ®iÓn h×nh lµ 3,2 (mm). KÝch th­íc cña lç vßi phun ¶nh h­ëng dÕn ®é chÝnh x¸c cña qu¸ tr×nh c¾t. Vßi phun ®­îc sö dông trªn nhòng vËt liÖu máng. §èi víi nh÷ng vËt liÖu dµy th× cÇn cã tia phun dµy h¬n, ¸p suÊt cao h¬n. Tèc ®é c¾t th­êng vµo kho¶ng 5
500(m/s) tuú theo ®é dµy cña chi tiÕt gia c«ng. Ph­¬ng ph¸p gia c«ng tia n­íc th­êng ®­îc tù ®éng ho¸ b»ng hÖ thèng CNC hay ng­êi m¸y c«ng nghiÖp. Ph¹m vi gia c«ng: tõ 1,5
305mm, ®é chÝnh x¸c lµ
(mm).
­u ®iÓm.
ChÊt l­îng vÕt c¾t rÊt