Home / Ô Tô / Gia công nguội là gì: kỹ thuật, công việc, loại máy, sửa chữa

Gia công nguội là gì: kỹ thuật, công việc, loại máy, sửa chữa

/

Các công việc gia công nguội bao gồm: dũa khi tu sửa các phần bị gãy, các bề mặt của chi tiết, hoặc khoan, doa, khoét lỗ, cắt ren, cạo, rà, và mài.

Gia công nguội là gì

1. Gia công nguội là gì?

Các công việc về nguội được sử dụng trong các công việc bổ sung hay hoàn thiện hoặc sử dụng chuẩn bị chi tiết để phục hồi bằng các phương pháp khác. Các công việc gia công nguội bao gồm: dũa khi tu sửa các phần bị gãy, các bề mặt của chi tiết, hoặc khoan, doa, khoét lỗ, cắt ren, cạo, rà, và mài.

Gia công cơ khí trong sửa chữa: là một phương pháp gia công độc lập hoặc phối hợp các phương pháp phục hồi khác trong quá trình chuẩn bị và gia công kết thúc bề mặt.

2. Một số đặc điểm công nghệ gia công nguội

Chọn chế độ gia công như: độ cứng bề mặt, hao mòn không đều của chi tiết, tính chất cơ – lý đặc biệt của lớp kim loại phủ và sự khác biệt của cơ – lý tính ở các vùng khác nhau của các bề mặt cần phục hồi…

3. Các công việc của gia công nguội cơ bản

3.1. Vạch dấu

Trước khi gia công chi tiết (phôi), căn cứ vào bản vẽ dùng dụng cụ vạch dấu để vạch dấu cần thiết trên chi tiết thể hiện vị trí và giới hạn gia công chi tiết. Đây là một công việc phức tạp, nó đòi hỏi vận dụng nhiều kiến thức về dựng hình và công nghệ.

Mục đích của vạch dấu:

– Xác định dư lượng các bề mặt gia công và vị trí tương quan giữa các lỗ, rãnh, gờ lồi, bề mặt để làm chỗ dựa gia công hoặc hiệu chỉnh sau này.

– Xác định vị trí cắt phôi trên vật liệu, bố trí hợp lý, tiết kiệm vật liệu, kịp thời loại bỏ những sản phẩm sơ chế không đủ quy cách.

3.2. Đục kim loại

Gia công bằng phương pháp đục là quá trình kết hợp khéo léo giữa đôi tay của người thợ với các phương tiện như búa, ôtô để bóc đi một lớp kim loại thừa bằng dụng cụ cắt, gọi là lưỡi đục. Toàn bộ lớp kim loại được bóc đi là lượng dư.

Gia công bằng phương pháp đục thường áp dụng trong những trường hợp mặt gia công nhỏ, các mặt có dạng phẳng, các vật có hình dạng phức tạp khó gia công trên các máy, các rãnh có hình thù bất kỳ.

Đục kim loại là bước gia công thô sau đó còn phải gia công lại bằng các phương pháp khác mới đạt được độ chính xác và độ nhẵn bóng cao. 

3.3. Dũa kim loại

Dũa kim loại là phương pháp gia công rất quan trọng của người thợ nguội, là phương pháp gia công nửa tinh hoặc tinh. Độ chính xác của chi tiết có thể đạt tới 0,05mm khi dũa nửa tinh, đạt tới 0,01mm khi dũa tinh. Dũa đạt được độ chính xác như trên vì mỗi lần dũa chỉ bóc đi một lớp kim loại rất mỏng từ 0,025 – 0,08 mm. Lượng dư để giữa trung bình 0,5 đến 0,025mm, dũa chỉ gia công được ở kim loại mềm chưa qua nhiệt luyện hoặc không bị chai cứng.

Công dụng của các loại dũa:

+ Dũa dẹt: có tiết diện hình chữ nhật, dùng để gia công các mặt phẳng ngoài, các mặt phẳng lỗ có góc vuông.

+ Dũa vuông: là dũa có tiết diện hình vuông, dùng chủ yếu để giữa các lỗ, rãnh hình vuông.

+ Dũa tam giác: có tiết diện hình tam giác đều, dùng giữa các lỗ tam giác đều, các rãnh có góc 60°.

+ Dũa lòng mo: là dũa có tiết diện là một phần hình tròn, thân dũa có một mặt phẳng, một mặt cong. Công dụng để gia công mặt cong có bán kính cong lớn.

+ Dũa tròn: là loại dũa có tiết diện hình tròn, dùng để gia công các lỗ tròn, nửa hình tròn.

+ Dũa dao: có tiết diện là tam giác cân góc ở đỉnh nhỏ hơn 60°, dùng để giữa các góc có các góc nhỏ hơn 60°.

+ Dũa hình thoi: là loại dũa có tiết diện là hình thoi, dùng để giữa các rãnh răng, các góc hẹp, góc nhọn.

Ngoài ra còn các loại dũa đặc biệt là dũa chuyên dùng vào các công việc đặc biệt giữa các mặt định hình, các khuôn mẫu.

3.5. Khoan kim loại

Khoan kim loại là phương pháp gia công để hình thành lỗ trên phối liệu đặc, có thể khoan các lỗ đường kính từ 0,25 – 80mm. Công việc khoan lỗ được thực hiện trên máy khoan bằng dụng cụ cắt là mũi khoan.

3.6. Cắt ren bằng bàn ren và tarô

– Quá trình tạo thành bề mặt ren gọi là cắt ren. Cắt ren là quá trình gia công có phôi để tạo nên những đường rãnh xoắn ốc trên bề mặt hình con hay hình trụ. Trong nghề nguội, việc cắt ren được sử dụng nhiều khi lắp ráp hoặc sửa chữa các thiết bị bằng những dụng cụ cắt ren bằng tay.

Bàn ren và tarô là dụng cụ cắt ren bằng tay. Tarô là dụng cụ để cắt ren trong lỗ bằng tay. Lưỡi cắt là một phần của vòng ren được giới hạn các rãnh dọc. Nhờ các rãnh này mà mặt trước và mặt sau của răng được hình thành. Bàn ren là dụng cụ cắt ren tiêu chuẩn dùng để cắt ren ngoài, bàn ren có bốn rãnh tròn chứa phoi, đồng thời nhờ bốn rãnh này mỗi vòng ren được chia thành bốn vòng răng cắt.

4. Công nghệ gia công cơ khí

Gia công cơ khí là công nghệ gia công kim loại bằng cắt gọt là phương pháp dùng những dụng cụ cắt gọt trên các máy cắt gọt để cắt một lớp kim loại (lượng dư gia công cơ) khỏi phối liệu để có được vật phẩm có hình dáng và kích thước cần thiết.

4.1. Những khái niệm cơ bản của quá trình cắt

4.1.1. Đặc điểm của gia công cắt gọt

Gia công cắt gọt kim loại là quá trình cắt đi một lớp kim loại (gọi là lượng dư gia công) trên bề mặt của phôi để được chi tiết có hình dáng, kích thước, độ chính xác, độ bóng theo yêu cầu bản vẽ. Quá trình đó được thực hiện trên các máy công cụ hay máy cắt kim loại bằng các loại dao: dao tiện, dao phay, dao bào, dao mài, mũi khoan,… gọi chung là dao cắt kim loại.

Gia công cắt gọt có thể dùng gia công thô, gia công tinh, gia công lần cuối để đạt được độ chính xác cao. Gia công cắt gọt dễ tự động hoá, cơ khí hoá cho năng suất cao dùng cho sản xuất đơn chiếc, hàng loạt và hàng khối. 

4.1.2. Chuyển động cơ bản khi cắt gọt

Trong quá trình cắt gọt, phôi và dụng dao cắt di chuyển tương đối với nhau nhờ những cơ cấu máy. Có hai dạng chuyển động: chuyển động cơ bản là chuyển động sinh ra việc cắt gọt và chuyển động phụ. Chuyển động cơ bản có thể chia ra:

Chuyển động chính (chuyển động cắt): có tốc độ lớn hơn các chuyển động khác. Chuyển động chính chủ yếu thực hiện quá trình cắt ra phoi, kí hiệu là V hoặc n.

Chuyển động bước tiến (chuyển động của dao): có tốc độ nhỏ hơn chuyển động chính. Đây là chuyển động thực hiện quá trình cắt tiếp tục và cắt hết chiều dài chi tiết.

4.2. Một số loại máy gia công cắt gọt

4.2.1. Máy tiện

Là loại máy cắt gọt phổ biến nhất trong các nhà máy cơ khí (40- 50%) bởi vì nó có thể gia công được nhiều bề mặt, mặt tròn xoay ngoài, mặt trong, các mặt trụ, côn hay định hình, các loại ren…

Ngoài ra còn các bộ phận làm nguội, chiếu sáng, chứa phoi.

4.2.2. Máy bào, xọc

Là nhóm máy có chuyển động khứ hồi, dùng để gia công các mặt phẳng ngang, đứng hay nằm nghiêng. Mặt có bậc, mặt định hình, gia công các rãnh thẳng với tiết diện khác nhau như măng cá, chữ T, dạng răng thân khai… Máy cũng có khả năng gia công chép hình để tạo ra các mặt cong một chiều.

Chuyển động của máy là chuyển động tịnh tiến khứ hồi: gồm một hành trình có tải, một hành trình chạy không. Chuyển động của dao chạy thường là chuyển động gián đoạn. Gia công trên máy bào, xọc có năng suất thấp, độ chính xác thấp và độ bóng kém.

Máy bào, xọc thường có máy bào sọc ngang, máy bào xọc giường, máy bào xọc đứng.

4.2.3. Máy phay

Máy phay là loại máy có nhiều chủng loại và có tỉ lệ lớn trong các nhà máy cơ khí. Máy phay có năng suất cao, có độ bóng tương đối (R2,5 ; R240), độ chính xác xấp xỉ với gia công trên máy tiện (cấp 6 ; cấp 11). Máy phay phổ biến gia công mặt phẳng, mặt nghiêng, các loại rãnh công và phẳng rãnh then, lỗ, mặt ren, mặt răng, các bề mặt định hình (cam, khuôn dập, mẫu, dưỡng), cắt đứt. Tốc độ phay cao và có nhiều biện pháp công nghệ nên có năng suất cao hơn máy bào, xọc và giá thành sản phẩm thấp.

Máy phay gồm có nhiều loại:

Máy phay vạn năng: là loại có trục chính thẳng đứng hoặc nằm ngang có thể gia công nhiều bề mặt khác nhau.

Máy phay chuyên dùng: chỉ để gia công một số loại bề mặt nhất định gồm máy phay bánh răng, máy phay ren, máy phay thùng.

Máy phay giường: dùng để gia công đồng thời nhiều bề mặt của các chi tiết lớn.

Ngoài ra còn các loại máy phay chép hình, máy tổ hợp, máy điều khiển theo chương trình số.

4.2.4. Máy mài

Mài là phương pháp gia công mà dụng cụ cắt là đá mài. Đá mài là loại dao có vô số lưỡi cắt mà hạt mài thì rất bé kích thước (độ lớn) của hạt mài trong khoảng 0,003 đến 3mm. Các hạt mài có hình dạng khác nhau, phân bố lộn xộn nhờ chất dính kết của đá mài.

Bản chất của quá trình mài là sự sát tế vi bề mặt vật rắn bằng những cọ hạt mài có vận tốc cao. Mài có thể gia công được các vật liệu rất cứng nhưng lại không phù hợp khi gia công vật liệu quá mềm. Tốc độ cắt khi mài lớn hơn rất nhiều so với phay, có thể đạt từ 10 đến 80mm/s.

Mài là nguyên công gia công tinh, mài thô có thể đạt cấp chính xác 9 và độ bóng bề mặt Ra = 0,2 – 1,6Nm. Mài tinh mỏng (siêu tinh) có thể đạt cấp chính xác 3 đến 4 và Ra = 0,025 – 0,4µm.

Hạt mài được chế tạo từ các vật liệu như kim cương, các bít silic (SiC), oxit nhôm (Al20g), cacbitbo (B,C). Hạt mài được sản xuất theo kích thước (cũ) hạt khác nhau từ 5µm đến 3200µm để chế tạo các loại đá khác nhau.

4.3. Các phương pháp mài

Mài có thể gia công được nhiều dạng bề mặt khác nhau như mặt phẳng, mặt trụ trong, mặt trụ ngoài, các mặt côn, các bề mặt định hình. Tuỳ theo hình dạng bề mặt gia công mà ta chia thành các phương pháp sau:

– Mài mặt trụ ngoài.

– Mài mặt trụ trong.

– Mài mặt phẳng.

– Mài bề mặt định hình.

4.3.1. Mài mặt trụ ngoài

Khi mài mặt trụ ngoài ta có thể thực hiện bằng một trong hai phương pháp là mài có tâm và mài không tâm.

a. Mài có tâm:

Mài lỗ có tâm là chi tiết được gá vào hai lỗ tâm hoặc một đầu vào mâm cặp và một đầu vào mũi chống tâm. Mài có tâm gia công được trục trơn, trục bậc, bề mặt côn, rãnh trên các mặt trụ ngoài, góc lượn.

Khi mài có tâm, chi tiết và đá quay ngược chiều nhau. Tốc độ quay của đá rất lớn gấp khoảng 100 lần so với tốc độ của chi tiết.

Mài có tâm thường thực hiện chạy dao dọc, chiều sâu cắt thường rất bé từ 0,005 đến 0,2mm. Muốn có chiều sâu cắt được lớn hơn thì đá mài cần được vát con một phần với góc côn α = 2 – 3°.

b. Mài không tâm:

Mài không tâm là sử dụng bề mặt đang gia công để làm chuẩn định vị cho chi tiết gia công. Đặc điểm của phương pháp mài không tâm là:

– Giảm được thời gian phụ (thời gian gá đặt) và thời gian gia công chuẩn.

– Dễ tự động hoá quá trình công nghệ.

– Độ cứng vững gá đặt cao hơn mài có tâm.

– Chủ yếu để gia công trục trơn.

4.3.2. Mài mặt trụ trong

Khi mài mặt trụ trong thì đường kính của đá mài phải nhỏ hơn đường kính của lỗ mài. Thường chọn đường kính đá bằng 0,7 – 0,9 đường kính lỗ cân mài. Mài mặt trụ trong cũng được tiến hành bằng hai phương pháp đó là mài có tâm và mài không tâm.

a. Mài có tâm:

Mài lỗ có tâm có hai cách gá đặt chi tiết. Cách thứ nhất là chi tiết được kẹp chặt trên mâm cặp và quay tròn. Trục đá cũng quay tròn là chuyển động chính và thực hiện cả chuyển động chạy dao dọc hoặc chuyển động chạy dao ngang. Phương pháp gá đặt này thường dùng để mài chi tiết nhỏ, các vật tròn xoay, các vật dễ gá trên mâm cặp.

Phương pháp thứ hai là chi tiết được gá cố định trên bàn máy. Trục mang gồm: chuyển động quay tròn của đá, chuyển động hành tinh của đá xung chu vi lỗ.

b. Mài không tâm:

Chi tiết được giữ và tạo chuyển động quay nhờ hai bánh đỡ (1), (2) và bánh đá dẫn (3). Bánh đá dẫn có đường kính lớn hơn nhiều so với bánh đỡ. Đá mài (4) chuyển động quay tròn và các chuyển động chạy dao.

4.3.3. Mài mặt phẳng

Khi mài mặt phẳng có thể sử dụng đá mài mặt trụ hoặc đá mài mặt đầu.

Mài bằng đá mài mặt trụ cho độ chính xác và độ bóng bề mặt cao vì thoát phoi, thoát nhiệt và tưới dung dịch trơn nguội vào khu vực gia công được dễ dàng.

Đá mài chuyển động quay tròn, bàn máy mang chi tiết chuyển động thẳng theo chiều dọc để cắt hết chiều dài chi tiết sau đó chuyển động ngang để cắt hết chuyển động chi tiết.

Bàn máy cũng có thể chuyển động quay tròn. Phương pháp này có năng suất không cao vì diện tích tiếp xúc giữa đá mài và chi tiết không lớn.

Khi mài mặt phẳng bằng đá mài mặt đầu, diện tích tiếp xúc giữa đá và chi tiết gia công lớn nên năng suất cao hơn so với mài bằng đá mài mặt trụ. Tuy nhiên, việc thoát phoi, thoát nhiệt và tưới dung dịch khó khăn hơn nên độ chính xác và độ bóng bề mặt lại kém hơn.

Để giải quyết việc thoát phoi, thoát nhiệt và tưới dung dịch được dễ dàng ta có thể nghiêng mặt đá so với mặt phẳng gia công một góc từ 2 đến 49° nhưng độ bóng bề mặt lại kém hơn nhiều vì trên bề mặt có các vết mài và bị lõm xuống.

Mài mặt phẳng là phương pháp gia công tinh mặt phẳng đã phay hoặc bào và có thể đã qua nhiệt luyện (tôi).

Mài mặt phẳng có thể đạt cấp chính xác 5 đến 7° và độ bóng theo công thức: Ra = 0,2 – 1µm.

Độ chính xác cũng như độ bóng và công suất của mài phụ thuộc vào một số yếu tố như độ cứng vững của máy mài, độ lớn của hạt mài, loại chất dính kết và chế độ cắt khi mài.

4.3.4. Mài định hình

Mài định hình là sử dụng đá mài có biên dạng giống như biến dạng của bề mặt gia công, có thể là bề mặt tròn xoay hoặc mặt định hình phẳng (rãnh). Khi mài chỉ có thể tiến dao ngang đối với mặt tròn xoay và tiến dao dọc với chi tiết có mặt định hình thẳng. Khi mài phải sửa đá thật chính xác theo hình dáng yêu cầu.

4.4. Một số loại máy mài

Máy mài rất đa dạng về chủng loại. Tùy theo mục đích và tính chất công việc, máy mài được chia thành các nhóm sau đây:

– Máy mài có tâm dùng để mài mặt trụ ngoài.

– Máy mài không tâm để gia công mặt trụ ngoài.

– Máy mài lỗ có tâm và máy mài lỗ không tâm.

– Máy mài mặt phẳng.

Máy mài chuyên dùng như máy mài trục khuỷu, máy mài bánh răng, mài them hoa, mài ren vít, mài dụng cụ cắt.

5. Công nghệ mạ phun kim loại

5.1. Phun kim loại là gì?

Phun kim loại là một trong những quá trình được sử dụng để phục hồi các tiết máy. Ở những phương pháp này chi tiết được phủ một lớp kim loại có chiều dày khoảng 20 – 30km, đến 6 – 8mm và hơn nữa.

Khi phun kim loại vật liệu phun được cung cấp vào đầu phun, ở đó kim loại bị nóng chảy và dưới tác dụng của khí trơ hay không khí nén được phun và được chuyển đến bề mặt chi tiết hồi phục có vật liệu và hình dạng bất kỳ. Kim loại được đốt nóng chảy bằng hồ quang điện (phun hồ quang điện), bằng khí đốt (phun khí), bằng dòng điện cao tầng (phun cao tầng) hay bằng plasma (phun plasma).

5.2. Phun hồ quang

ở công nghệ gia công nguội phun hồ quang, hai dây kim loại có đường kính 1 – 2mm nằm giữa điện áp được cung cấp liên tục đến đầu miệng phun. Ở thời điểm hai dây kim loại gần nhau sẽ phát hồ quang điện làm nóng chảy nó. Không khí (khí trơ) dưới áp suất 0,5 – 0,6MPa được cung cấp vào vùng hồ quang. Dưới tác dụng của luồng khí ép, kim loại nóng chảy được phun thành các phân tử có đường kính từ 0,001mm và lớn hơn với vận tốc 300m/s về phía bề mặt chi tiết.

Nguồn điện có thể dùng biến áp hay máy phát một chiều có cường độ dòng điện 30 – 200A, điện áp 25 – 30V. Không khí nén có thể dùng máy nén khí có năng suất 2 – 3 m3/ phút có bình chứa không nhỏ hơn 2m3 không khí nén dược đi qua bình lọc làm sạch dầu và khí ẩm trước khi đi vào vòi phun.

5.3. Phun dày bằng khí đốt

+ Nguyên tắc cấu tạo được trình bày trên hình dây phun có đường kính 1,5 – 2,5mm nóng chảy nhờ ngọn lửa hơi từ hỗn hợp axetilen, propen-butan và các khí khác với oxy.

5.4. Phun bột bằng khí đốt

+ Khi thay đổi khoảng cách giữa miệng phun và bề mặt chi tiết chất liệu phun cũng thay đổi. Với khoảng cách nhỏ, chi tiết bị đốt nóng do đó làm giảm độ cứng, làm tăng hao mòn chi tiết phun.

+ Cường độ dòng điện khi phun phụ thuộc vào đường kính dây phun. Người ta thường sử dụng dây có đường kính 1,0 – 1,5mm, khi đó cường độ dòng điện khoảng 90 – 150A, cường độ dòng điện và điện áp không có ảnh hưởng nhiều đến chất liệu phun.

+ Vận tốc phun kim loại và vận tốc dịch chuyển của đầu phun ảnh hưởng đáng kể đến chất liệu phun nằm trong không khí lớp phun bị oxy hóa mạnh và khi phun lớp thứ hai độ bền bám giảm. Thường vận tốc phun lấy khoảng 5 – 15m/phút còn bước phun khoảng 1,5 – 5,0mm/vòng.

+ Gia công bề mặt chi tiết sau khi phun: chi tiết tròn sau khi phun kim loại được tiện và mài. Có thể gia công tốt lớp phun bằng dao hợp kim cứng (T15KG). Nếu lớp phun được tẩm dầu, gia công bằng tiện sẽ dễ dàng hơn. Chi tiết gia công ở vận tốc nhỏ (10 – 25m/phút) chiều sâu cát dưới 1mm, lượng dư gia công 0,5 – 1,2mm một phía.

5.5. Tính chất của lớp kim loại phun

Lớp phun trên bề mặt chi tiết có nhiều lỗ rỗ, chứa một lượng lớn các oxit. Do rỗ nhiều nên khối lượng riêng của lớp phun chỉ bằng 0,86 – 0,92 khối lượng riêng của kim loại đúc. 

Độ cứng của lớp phun cao hơn độ cứng của vật liệu dây phun do các phần tử bị nguội nhanh và diễn ra quá trình tôi chúng. Ngoài ra, do vận tốc phun lớn làm va đập các phần tử có khả năng tạo biến cứng làm tăng độ cứng của lớp phun. 

Khi lượng C trong dây phun tăng, độ cứng lớp phủ tăng lên. Độ bền kéo và độ bền nén của lớp phun không đáng kể (trừ phun bằng dòng điện cao tần và phun bằng plasma). Độ chống mòn của chi tiết phun khi làm việc với dầu bôi trơn vượt độ chống mòn của chi tiết không phun kim loại nhưng làm việc xấu trong điều kiện ma sát khô.

Thành phần hoá học của lớp phủ khác đáng kể so với thành phần kim loại nguyên thuỷ do bị chảy một lượng C, Si, Mn đáng kể, do đó làm xấu tính chất cơ học của lớp phun. So với hàn tự động thì dưới lớp trợ dung hàn, dùng phun kim loại có phạm vi ứng dụng hạn chế hơn.

5.6. Phạm vi ứng dụng

Trong sửa chữa phun kim loại chủ yếu dùng để vá các chi tiết bằng gang và bằng kim loại màu có hình dáng phức tạp ở những chỗ không chịu lực, khắc phục rỗ vảy xước, hồi phục các bề mặt bị mòn, hoặc có thể phun lên bề mặt một lớp kim loại để chống rỉ, để chống mòn.

6. Công nghệ gia công bằng tia lửa điện

6.1. Sự xuất hiện của một công nghệ mới

Trong nửa thế kỷ qua, nhu cầu về các vật liệu cứng, lâu mòn và siêu cứng sử dụng cho tuabin máy điện, động cơ máy bay, dụng cụ, khuôn mẫu… tăng lên không ngừng ở các nước công nghiệp phát triển. Việc gia công những vật liệu đó bằng những công nghệ cắt gọt thông thường (tiện, phay, mài) là vô cùng khó, đôi khi không thể thực hiện được.

Năm 1943 hai vợ chồng Lazarenko người Nga mới tìm ra cánh cửa dẫn tới công nghệ gia công tia lửa điện. Họ bắt đầu sử dụng tia lửa điện để làm một quá trình cắt kim loại mà không phụ thuộc vào độ cứng của vật liệu đó.

Khi các tia lửa điện được phóng ra, vật liệu mặt phôi sẽ bị cắt đi bởi một quá trình điện – nhiệt thông qua sự nóng chảy và bốc hơi kim loại, nó thay cho các tác động cơ học của dụng cụ vào phôi. 

Quá trình cắt kim loại bằng điện nhiệt bởi sự phóng điện được gọi là công tia lửa điện” (nguyên gốc tiếng Anh là “Electrical Discharge Machining”, gọi tắt là gia công EDM).

Ngày nay, với các thuật toán điều khiển mới, với các hệ thống điều khiển CNC cho phép gia công đạt năng suất và chất lượng cao mà không cần đến sự tham gia trực tiếp của con người. Các máy gia công tia lửa điện ngày nay được đặc trưng bởi mức độ tự động hoá cao. Các hệ thống điều khiển CNC trên thị trường đã có tiến bộ rất nhiều, đặc biệt là máy cắt dây.

6.2. Gia công tia lửa điện dùng điện cực định hình

Đặt một điện áp một chiều giữa hai điện cực (một điện cực (+) gọi là dụng cụ và điện cực (-) là phôi chi tiết, chúng được nhúng ngập trong 1 dung dịch cách điện đặc biệt (gọi là dung dịch điện ly). Điện áp này thường nằm trong khoảng 80V đến 200V.

Khi đưa 2 điện cực tiến lại gần nhau, đến một khoảng cách ô đủ nhỏ thì xảy ra sự phóng tia lửa điện. Điều này có thể giải thích là do điện trường giữa khe hở đủ lớn (đạt khoảng 10^4V/m) dẫn đến việc i-on hoá dung dịch điện ly và nó trở thành dẫn điện. Tia lửa điện phóng qua khe hở này và hình thành dòng dẫn điện, nhiệt độ lên đến khoảng 10000°C làm bốc hơi vật liệu các điện cực, áp suất vùng này sẽ cao hơn các vùng khác.

Nguồn điện được ngắt đột ngột làm cho tia lửa điện biến mất. Do sự chênh lệch áp suất và do dung dịch lạnh từ ngoài tràn vào dòng dẫn điện gây ra tiếng nổ nhỏ và làm hoá rắn hơi vật liệu thành các hạt oxit kim loại. Sau đó, dung dịch điện ly được khôi phục trạng thái cũ của nó là không dẫn điện.

Nguồn điện được cung cấp lại và tia lửa điện lại xuất hiện. Có thể thấy những điểm mấu chốt của phương pháp gia công tia lửa điện gồm:

+ Nguồn cung cấp điện áp dụng xung: thời gian ngắt nguồn điện là khoảng thời gian cần thiết để dung dịch điện ly có thể khôi phục lại trạng thái không dẫn điện của nó và sẵn sàng cho xung gia công tiếp theo. Nếu thời gian này không có hay nhỏ quá sẽ làm dung dịch điện ly luôn ở trạng thái dẫn điện. Điều này làm cho tia lửa điện phát triển thành hồ quang gây hỏng bề mặt chi tiết và dụng cụ.

+ Các điện cực làm bằng hai loại vật liệu khác nhau và được nhúng ngập trong dung dịch điện ly: dung dịch này có chức năng chính là môi trường hình thành dòng dẫn điện.

+ Giữa các điện cực luôn có 1 khe hở nhỏ được gọi là khe hở phóng điện. Khe hở này cần được đảm bảo trong suốt quá trình gia công để duy trì sự định của tia lửa điện. ốn

Quá trình trải qua ba giai đoạn: giai đoạn hình thành dòng dẫn điện, giai đoạn phóng tia lửa điện làm bốc hơi vật liệu và giai đoạn phục hồi.

6.3. Thiết bị gia công

NC-controller generator: bộ điều khiển số.

Servo drive: bộ điều khiển động cơ servo.

Machine head: trục chính của máy (thường dùng để gắn dụng cụ). Nó đóng vai trò là trục Z.

Dielectric tank: thùng chứa dung dịch điện ly (ngập các điện cực).

Workpiece: phôi – chi tiết cần gia công.

Electrode: dụng cụ.

Dielectric unit: hệ thống thùng và bơm dung dịch điện ly lên thùng chứa.

Machine table: bàn máy có thể di chuyển theo hai phương X, Y.

Gap: khe hở phóng điện. Khe hở này cần phải được đảm bảo không đổi trong suốt quá trình phóng tia lửa điện.

Dielectric: dung dịch điện ly.

Pulse generator: nguồn cung cấp điện áp công suất một chiều dạng xung. Với các thiết bị gia công EDM khác có cấu tạo tương tự, chỉ có 1 số điểm khác nhau cơ bản để phù hợp với ứng dụng thực tế của thiết bị đó:

– Yêu cầu về dịch chuyển bàn máy như WEDM.

– Loại dung dịch điện ly: trong phay và xung là dầu, còn WEDM là nước

– Loại dụng cụ.

– Công suất thiết bị.

6.4. Ưu, nhược điểm phương pháp gia công bằng tia lửa điện

Từ nguyên lý gia công tia lửa điện, có thể thấy những ưu điểm và hạn chế của phương pháp gia công bằng tia lửa điện như sau:

6.4.1. Ưu điểm

Một trong những điểm đặc sắc nhất của quá trình gia công bằng tia lửa điện là không có lực cắt trong quá trình gia công. Không có lực cắt đồng nghĩa với việc tính toán đồ gá, bàn máy sẽ đơn giản hơn rất nhiều, công suất của động cơ điều khiển các trục cũng sẽ không cần lớn như trước. 

Đó cũng là lý do vì sao các hãng chế tạo máy xung đẩy mạnh nghiên cứu gia công máy phay, máy khoan tia lửa điện bởi nếu thành công, họ sẽ có thể chế tạo được các chi tiết phức tạp không thua gì các phương pháp gia công truyền thống mà công suất có thể thấp hơn nhiều.

Chất lượng chi tiết gia công tốt, độ chính xác về kích thước và độ nhám bề mặt không thua kém gì các phương pháp gia công truyền thống. Ngày càng có nhiều đóng góp trong lĩnh vực gia công khuôn mẫu với tổng số sản phẩm tăng dần theo hàng năm. 

6.4.2. Nhược điểm

Không gia công được những chi tiết phức tạp. Rõ ràng nơi phôi bị cắt, hình dáng chi tiết sẽ có hình dáng giống như điện cực. Vì vậy, nếu cần phải gia công những chi tiết phức tạp, việc thiết kế điện cực sẽ trở nên khó khăn hơn rất nhiều lần.

Tốc độ gia công chậm. Sau mỗi xung, bề dày lượng kim loại bị ăn mòn chỉ khoảng vài km và chỉ giới hạn trong một diện tích nhỏ. Tốc độ gia công chậm đồng nghĩa với năng suất chế tạo thấp. Các nghiên cứu nhằm tăng tốc độ gia công bằng tia lửa điện cũng là một mối quan tâm lớn của các hãng chế tạo máy xung trên thế giới.

6.5. Gia công tia lửa điện dùng điện cực dây

6.5.1. Bản chất và nguyên lý của gia công tia lửa điện bằng cắt dây

Cắt dây hành trình EDWM là một phương pháp gia công EDM đặc biệt. Về bản chất nó giống như gia công bằng điện cực định hình là sử dụng năng lượng nhiệt của các xung điện làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu cần gia công. Phương pháp này dùng điện cực là dây dẫn điện được quấn liên tục. Dây dịch chuyển tương ứng với phôi bằng bàn điều khiển số. Sau khi cắt ta được một hình ghép chính xác.

Trong quá trình cắt dây, ngoài sự phối hợp các chuyển động tương đối giữa dây và phôi để tạo ra quá trình cắt, bản thân dây phải có chuyển động dọc trục, được tạo ra do sự cuốn dây liên tục giữa các con lăn.

Sự thực hiện quá trình gia công tia lửa điện cắt dây phụ thuộc và nhiều yếu tố: không chỉ phụ thuộc vào kiểu máy mà còn phụ thuộc vào kiểu dây, tình trạng của chất điện môi và nhiều yếu tố khác.

Nhờ sự tối ưu hoá quá trình gia công, có thể đạt lượng cắt kim loại khi gia công thô là 300mm2/ph và độ nhám bề mặt khi gia công tính R1

= 3µm.

Chất điện môi dùng cho cắt dây thường là tia lửa điện cắt dây nước khử khoáng. Chất lượng bề mặt vẫn có thể cải thiện khi dùng chất điện môi là dầu, nhưng so với nước khử khoáng thì mức độ cắt vật liệu thấp hơn. Tuy nhiên, khi dùng dầu cần thiết phải gia công tinh bổ sung. Trong một số trường hợp, sẽ là ưu điểm nếu áp dụng sự thay đổi nhanh chất điện môi giữa gia công thô và gia công tinh.

Nếu sử dụng máy phát loại cổ điển sẽ không nhận được giá trị độ nhám rất thấp (Rmax < 0,5µm). Một số nhà sản xuất đã cung cấp một số cụm tùy chọn, có hoặc không có dây, đặc biệt có thể cho độ nhám bề mặt rất nhỏ. Ngày nay, đã có máy cắt dây có khả năng cắt được phôi có độ dày tới 500mm mặc dù với độ chính xác giảm.

6.5.2. Công dụng của gia công tia lửa điện cắt dây

Gia công tia lửa điện cắt dây chủ yếu được sử dụng chế tạo:

– Các lỗ định hình trong khuôn đột dập, khuôn đùn, khuôn kéo.

– Điện cực dùng cho gia công xung định hình.

– Sản xuất thử.

– Các prophin dưỡng dùng trong đo kiểm.

– Các hình dáng 3D đặc biệt.

– Các chi tiết phức tạp.

6.5.3. Ưu điểm gia công tia lửa điện cắt dây

Chính là độ dày phối lớn (đến 500mm) với độ chính xác cao và đạt chất lượng bề mặt như nhau trên toàn bộ chiều dày được cắt. Có thể nói rằng, so với các phương pháp gia công laser, gia công plasma, gia công cắt bằng tia nước quá trình cắt dây này có sự thực hiện chính xác nhất, các máy cắt dây chất lượng hàng đầu đạt mức độ chính xác 3km về kích thước. Cắt dây siêu chính xác đạt độ nhám bề mặt Rmax = 0,5km. Khi cắt chính xác cao thì nên áp dụng cắt dây. Nhược điểm của phương pháp cắt dây bằng tia lửa điện là chỉ cắt được các vật liệu dẫn điện, trong khi phương pháp laser và tia nước có thể cắt được các vật liệu phi kim loại.

Với những chi tiết như dưới đây nếu gia công với phương pháp cắt dây sẽ đạt năng suất và chất lượng hơn so với phương pháp gia công truyền thống.

6.5.4. Tính năng kỹ thuật của máy

Kích thước lớn nhất của phôi: 650x500x300 mm.

Khối lượng lớn nhất của phôi: 700kg.

Khoảng dịch chuyển X, Y, Z: 450x300x300 mm.

Khoảng dịch chuyển U, V: 30 mm (U, V song song với X, Y).

Tốc độ chạy dao max: 1.500 mm/ph.

Độ nghiêng dây: 129.

7. Sửa chữa chi tiết bằng phương pháp hàn

7.1. Phương pháp hàn hơi

Trong hàn hơi kim loại nóng chảy nhờ nhiệt nhận được từ ngọn lửa từ khí đốt (axetylen – oxy, propan – butan, dầu hỏa – oxy).

7.2. Phương pháp hàn axetylen (CAH)

Điều chế axetilen bằng cách cho đất đèn (CaC2) tác dụng với nước theo lý thuyết cứ 1kg đất đèn cần 0.5kg nước. Trong thực tế 1kg đất đèn cân 24 – 25 lít nước để vừa điều chế vừa làm nguội phản ứng. Ngọn lửa hàn (hình 3.23):

– Vùng 1: là vùng hạt nhân có hình tròn màu sáng trắng có nhiệt độ từ 300-1000°C.

– Vùng 2: vùng ngọn lửa hàn có nhiệt độ 3000°C trở lên có màu xanh, là vùng sử dụng để hàn.

– Vùng 3: ngọn lửa có màu nâu sẫm có nhiệt độ từ 1200 – 2000°C vùng này không hàn được.

Các dạng của ngọn lửa hàn:

– Dạng ngọn lửa trung tính O2/C2H2 = 1 – 1,2 dùng để hàn kim loại và hợp kim.

– Ngọn lửa thừa oxy: O2/C2H2 > 1,2 có ngọn lửa ngắn dùng để hàn nhôm, đồng và hợp kim đồng.

– Ngọn lửa thừa cacbon: O2/C2H2 < 1 có tâm ngọn lửa dài dùng để hàn gang và hợp kim cứng.

7.3. Phương pháp hàn điện

7.3.1. Hàn và hàn đắp bằng hồ quang điện

Kim loại của chi tiết nóng chảy bằng hồ quang phát sinh giữa thanh vật liệu que hàn và chi tiết.

Hàn hồ quang điện một chiều: Hồ quang cháy ổn định hơn, đồng thời ở cực dương tỏa nhiệt nhiều hơn (Q = 43%, tỷ = 4200°C) so với cực âm (Q = 36%, t°= 3600°C).

Nếu như cần chiều sâu chảy của chi tiết khi hàn thì người ta hàn ở trường thuận (nối chi tiết với cực dương). Các chi tiết có chiều dày mỏng, hoặc thép các bạn trung bình hàn với trường ngược (nối chi tiết với cực âm).

Khi hàn bằng dòng điện xoay chiều nhiệt toả ra giống nhau ở que hàn và chi tiết, ứng dụng hàn cho thép các bon thấp có chiều dày lớn và trung bình.

Ưu điểm: giảm chi phí năng lượng điện, và trang thiết bị rẻ tiền.

Nhược điểm: chiều sâu chảy lớn, khi hàn không nhìn rõ chỗ hàn giá, thành cao của chất trợ dung, không thể hàn đắp chi tiết có đường kính nhỏ hơn 50mm.

7.3.2. Hàn và hàn đắp tự động dưới lớp trợ dung

Dùng thuốc hàn (chất trợ dung) dạng hạt được cung cấp liên tục vào vùng cháy của hồ quang. Một phần chất trợ dung bị cháy dưới tác dụng của nhiệt độ cao của hồ quang, tạo xung quanh nó vỏ dẻo, bảo vệ vững chắc kim loại hàn đắp khỏi tác dụng của không khí, cản trở cháy của C và các nguyên tố hợp kim khác. Chất trợ dung đông cứng tạo thành vỏ phủ lớp hàn đắp.

7.3.3. Ứng dụng

Sử dụng rộng rãi trong phục hồi các chi tiết máy có hao mòn từ 1,0 – 8,0 mm và nhận được kim loại hàn đắp có chất lượng tốt. Có thể sử dụng mật độ dòng điện hàn từ 50 – 150A/dm2 tức là gấp từ 6 – 8 lần so với khi hàn tay. Hệ số hàn đắp từ 14 – 18g/A.h, hay 1,5 – 2 lần, cao hơn hàn tay. Mất mát kim loại do vung toé từ 1 – 3%. Ngoài ra có thể hợp kim hóa mối hàn trộn lẫn kim loại nóng chảy của dây hàn và kim loại của chi tiết.

8. Sửa chữa chi tiết bằng phương pháp mạ

8.1. Phương pháp mạ điện

Trong quá trình mạ, chi tiết không bị đốt nóng nhiều, không làm thay đổi cấu trúc và tính chất của kim loại chi tiết. Lượng dư gia công rất nhỏ so với khi hàn. Độ cứng của lớp mạ phụ thuộc vào chế độ và kim loại mạ và có thể đạt tới 12000MPa. Mạ điện có độ cứng và độ bóng cao.

Ứng dụng: được sử dụng rộng rãi để hồi phục chi tiết có hao mòn ít. Mạ crom và mạ thép được ứng dụng phổ biến nhất để phục hồi chi tiết sau đó đến mạ đồng, mạ niken, mạ kẽm.

Ví dụ: Mạ Cr tuân theo hai định luật Faraday. Cực anot (+) bằng than chì. Cực catot (-) nối với chi tiết cần mạ. Khi mạ khối lượng bám vào catốt (chi tiết mạ) tính theo công thức sau:

G = a.I.t.f /28,6.B = EIt (g)

Trong đó:

a: Nguyên tử lượng kim loại;

I: Dòng điện mạ (A).

t: Thời gian mạ (giờ).

f: Hiệu suất mạ, mạ Cr (f = 0.13 – 0.18).

B: Dung lượng điện hoá kim loại.

E: Đương lượng điện hoá (g/A.h).

Chi tiết mạ cần làm sạch bề mặt mạ, vị trí không cần mạ phủ một lớp cách điện như dung dịch xenlulo và axetylen.

Dung dịch mạ là oxit crom (CrO3) và H2SO4.

Pha dung dịch gồm: 150 – 200g (Cr2O3) cho 1 lít nước.

1,5 – 2 g (H2SO4) cho 1 lít nước.

Nhiệt độ mạ 571°C. Mạ xong làm sạch bằng axit.

8.2. Phương pháp mạ hóa niken

Mạ hóa niken là quá trình công nghệ để nhận được lớp mạ cứng và chịu mòn. Quá trình công nghệ không sử dụng dòng điện và dựa trên cơ sở phục hồi các ion Ni nhờ hipofotfit (MH2PO4). Ưu điểm chính của mạ hóa Ni là có thể nhận được lớp mạ đều đặn trên toàn bề mặt trên chi tiết có hình dáng phức tạp. Lớp mạ đó sau khi ram ở nhiệt độ 400°C có thể nhận được độ cứng cao 9000 – 9500 MPa và độ chống mòn lớn.

Trong thực tế người ta sử dụng axit và dung dịch kiềm để mạ theo bảng dưới đây:

Tên cấu tửN°1N°2N°3
Niken sunfat Ni SO4.7H2O30
Natri Hypofotfit NaH2PO2.H2O101222 – 23
Axetat Natri CH3COONa101010
Niken Clorua NiCl23021 – 22

Mạ hoá được sử dụng trong bể mạ bằng sứ, bằng thuỷ tinh, hay bằng bể tráng men. Quá trình mạ hóa niken kéo dài trong thời gian khoảng 60 phút và ở nhiệt độ 90 – 92°C.

8.3. Quy trình công nghệ phục hồi chi tiết

Gia công cơ, bao bề mặt không mạ rửa và tẩy mỡ, tẩm thực hóa học, rửa bằng nước, mạ hoá, rửa bằng nước sau đó gia công nhiệt. Trong dung dịch mạ hoá có hipofotfit nên đưa đến kết tủa đồng thời Ni và Photpho có khả năng nâng cao độ cứng của lớp mạ, đặc biệt gia công nhiệt.

Độ cứng tế vị cao nhất của lớp phủ nhận được khi đốt nóng chi tiết ở nhiệt độ 400°C và giữ ở nhiệt độ đó trong thời 15 – 20 phút.

Mạ hóa niken chỉ có thể thực hiện trên các kim loại sắt, nhôm, kẽm, niken. Nhược điểm chính của mạ hóa niken là thay đổi thành phần dung dịch theo thời gian, giảm muối niken và hipofotfit, tích luỹ phốt pho niken. Điều đó làm thay đổi độ axit của dung dịch và hạ thấp vận tốc tách Ni cho đến khi kết thúc hoàn toàn quá trình mạ. Vì vậy mà hoá niken phải sử dụng dung dịch mới.

This div height required for enabling the sticky sidebar
error: Content is protected !!
Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views : Ad Clicks : Ad Views :