Bài giảng Các phương pháp gia công - Gia công bằng tia nước

GIA CÔNG BẰNG TIA NƯỚCCác phương pháp gia công đặc biệtNguyên lýCác thiết bị, dụng cụCác yếu tố công nghệƯu, nhược điểmKhả năng và ứng dụngKết hợp với phương pháp tia lửa điệnNội Dung1.1. Gia công tia nước Là phương pháp gia công dùng tia nước áp lực cao tác động vào vùng chi tiết cần gia công để phá hủy vật liệu tạo thành chi tiết có hình dạng và kích thước nhất định.1.2. Gia công tia nước có hạt mài Thêm vào dòng tia nước áp lực cao các hạt mài để tăng thêm khả năng phá hủy vật liệu, hiệu quả gia công cao hơn. 1. Nguyên lýSơ đồ gia công bằng tia nướcTia nước có hạt mài2.1. Môi trường chất lỏng và thành phần của dung dịch hạt mài2.2. Hạt mài2.3. Bơm thủy lực, bộ tăng áp, điều áp2.4. Đầu phun2.5. Máng chắn2.6. Hệ thống CNC, cánh tay rôbốt 2.7. Máy nhiều đầu phun2. Các thiết bị, dụng cụ2.1. Môi trường chất lỏng và thành phần của dung dịch hạt màiLà nước hoặc emuxi + dầu công nghiệpLà môi trường liên kết các hạt mài Giảm ma sát giữa các hạt mài với nhau Làm nguội và rửa sạch chi tiết gia côngKhi gia công liên tục, dung dịch hạt mài có thể dùng được 40-70 h. 2. Các thiết bị, dụng cụ2. Các thiết bị, dụng cụ2.2. Hạt mài Các loại hạt mài: Thạch anh, Đá nhám, Cacbit Silic, Kim cương không kết tinh, Kim cương kết tinh, Oxit crôm, Oxit sắt, Oxit magiê, Oxit kẽm, Oxit thiếc, Cacbit Bo. Lượng hạt mài được bổ sung thêm vào dòng tia nước khoảng 0,3 kg/phút. Kích thước hạt khoảng từ 60 đến 100(micrometer). Độ cứng của hạt mài được xác định theo 10 cấp từ 1-10 , trong đó cấp 10 có độ cứng cao nhất và cấp 1 có độ cứng thấp nhất.Tên hạt màiThành phầnĐộ cứngT l riêng(G/cm3)Vật liệu gia côngThạch anhSiO272,65Kính,thép,đá,gỗĐá nhámAl2O3 và Fe2O383,7Kim loại,kính,gỗCacbit SilicSiC93,2Gang,nhômđồng,kínhKim cương không kết tinhC103,5Vật liệu giòn,cao su,vật liệu giấyMột số hạt mài thông dụng Một số hạt mài thông dụng tt Kim cương kết tinhC103,5Kim cương và các loại đá quíOxit crômCr2O310-Thép, thép không gỉOxit sắtFe2O3-5,2Kim loại, đá, kínhOxit magiêOxit kẽmOxit thiếcMgOZnOSnO24,55,8-6,9Thép, kínhCacbit BoB4C10-Các loại thép2.3. Bơm thủy lực, bộ tăng áp, điều ápBơm thủy lực cung cấp nguồn năng lượng dưới dạng áp suất cao. Bộ tăng áp hoạt động như một bộ khuếch đại, nó biến đổi năng lượng từ dòng chất lỏng có áp suất thấp thành dòng có áp suất rất cao: 200MPa-400MPa Bộ phận điều áp làm ổn định áp suất, cung cấp một dòng nước có áp suất rất cao đều đặn đến vòi phun để cắt kim loại. 2. Các thiết bị, dụng cụBộ tăng áp đơn Bộ tăng áp tác động kép2.4 Đầu phun2. Các thiết bị, dụng cụ Đường kính hở của vòi khoảng từ 0,25 - 0,63 mm 2.5. Máng chắnChe chắn không cho dòng tia làm bắn tung nước, hạt mài, phoi ra ngoài2. Các thiết bị, dụng cụ2.6 Hệ thống CNC, cánh tay rôbốt - Máy tia nước thường dùng được điều khiển bằng hệ thống NC/CNC. Với vòi phun có thể di động theo trục X, Y bằng toạ độ điều khiển CNC. Dưới bàn máy có thiết bị thu hồi nước và cơ cấu tuần hoàn nước. - Ngoài ra hiện nay, nhiều máy tia nước CNC đã cải tiến rất nhiều. Cánh tay robot được ứng dụng nhằm gia công được rất nhiều vị trí mà đầu cắt thông thường không thực hiện được. 2. Các thiết bị, dụng cụ Hệ thống CNC, cánh tay rôbốt Hệ thống CNC, cánh tay rôbốt Hệ thống CNC, cánh tay rôbốt Hệ thống CNC, cánh tay rôbốt 2.7. Máy nhiều đầu phun Trong công nghiệp để tăng năng suất quá trình gia công bằng tia nước áp lực cao hoặc tia nước có hạt mài người ta thường lắp 2, 4, 6, 10 hoặc nhiều hơn số đầu phun trên cùng một máy.2. Các thiết bị, dụng cụMáy nhiều đầu phunMáy nhiều đầu phunMáy nhiều đầu phun3.1. Các sơ đồ gia công3.2. Bảng tốc độ cắt của một số vật liệu3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất gia công và độ nhám bề mặt3.4. Chất lượng bề mặt khi gia công bằng tia hạt mài 3. Các yếu tố công nghệ3.1. Các sơ đồ gia công 3. Các yếu tố công nghệ3.1. Các sơ đồ gia công 3. Các yếu tố công nghệ3.2. Bảng tốc độ cắt của một số vật liệu 3. Các yếu tố công nghệ3.2. Bảng tốc độ cắt của một số vật liệu tt 3. Các yếu tố công nghệ3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất gia công và độ nhám bề mặtẢnh hưởng của thời gian gia côngẢnh hưởng của mật độ hạt màiẢnh hưởng của góc phunẢnh hưởng của khoảng cách phunẢnh hưởng của áp lực khí nénẢnh hưởng của kích thước hạt mài 3. Các yếu tố công nghệTỷ lệ thuận khối lượng kim loại được bóc tách, Độ nhám giảm mạnh trong 60÷100s đầu. Sau đó hầu như không thay đổi Ảnh hưởng của thời gian gia công Ảnh hưởng của mật độ hạt màiKhi tăng mật độ hạt mài trong dung dịch, khối lượng kim loại được bóc tách tăng lên.Mật độ hạt mài trong dung dịch không ảnh hưởng nhiều đến độ nhám bề mặtẢnh hưởng của góc phunKhi góc phun tăng α lượng kim loại được bóc tách tăng lên và đạt giá trị cực đại với α=45o, Ảnh hưởng của khoảng cách phunKhi tăng áp xuất khí nén, lượng kl được bóc tách tăng Khi tăng áp lực khí nén thì độ nhám bề mặt tăng Ảnh hưởng của áp lực khí nén Kết quả thực nghiệm cho thấy khi tăng kích thước hạt mài thì lượng kim loại được bóc tách tăng lên nhưng độ bóng bề mặt chi tiết sau khi gia công giảm. Ảnh hưởng của kích thước hạt mài3.4 Chất lượng bề mặt khi gia công bằng tia hạt màiĐộ nhám bề mặt nhỏ hơn nhiều so với độ nhám bề mặt khi gia công bằng các phương pháp cắt phoi Chiều sâu biến cứng của lớp bề mặt khi gia công bằng tia hạt mài có thể đạt từ 20-25µm, độ bền mỏi cao. Tính chống mòn và tính chống ăn mòn hóa học tăng. 3. Các yếu tố công nghệ4.1. Ưu điểm - Dụng cụ cắt bằng kim loại sau một thời cắt sẽ bị cùn, nhưng tia nước thì luôn luôn sắc. - Dao kim loại cần phải luôn luôn hướng theo phương tiếp tuyến với phương cắt, nhưng tia nước lại không cần định hướng chính xác. - Dùng dao kim loại rất khó cắt dọc theo các đường cong, đặc biệt là đường cong lõm còn tia nước không phân biệt hình dạng đường bao. 4. Ưu, nhược điểm - Miệng cắt của tia nước rất mảnh, do đó có thể tiết kiệm được vật liệu. - Trong vùng cắt tỏa nhiệt ít, do đó không làm biến dạng vật liệu gia công. Gia công được những vật liệu rất mềm và cả những vật liệu rất cứng. - Cắt bằng tia nước có thể cắt những vật liệu mà các phương pháp thông thường không gia công được. - Cắt bằng tia nước là một quá trình gia công lạnh và sạch nên loại bỏ hoàn toàn các vùng ảnh hưởng nhiệt, khói độc, ứng suất nhiệt, sự biến dạng của kim loại... - Có khả năng tự động hóa và người máy hóa rất cao. 4. Ưu điểm4.2 Nhược điểm - Nhược điểm chính của phương pháp gia công bằng tia nước là khó kiểm soát độ chính xác về kích thước (khi gia công loạt chi tiết) và giá thành thiết bị còn cao. - Chỉ tốt với những chi tiết gia công với phôi dạng tấm.4. Ưu, nhược điểm5.1 Khả năng gia công 5. Khả năng và Ứng dụng5.2 Ứng dụngCắt đứt hoặc cắt định hình các bề mặt kim loại hoặc phi kim loại.Khoan lỗ bằng tia nước áp lực cao.Ứng dụng tia nước trong công nghiệp làm sạch bề mặt.Ứng dụng tia nước trong công nghiệp khai thác mỏ.Ứng dụng tia nước trong kĩ thuật đào đường hầm. 5. Khả năng và Ứng dụng5.3 Ứng dụng tia nước trong điêu khắc, nghệ thuật5.3 Ứng dụng tia nước trong điêu khắc, nghệ thuật5.3 Ứng dụng tia nước trong điêu khắc, nghệ thuật5.3 Ứng dụng tia nước trong điêu khắc, nghệ thuật5.3 Ứng dụng tia nước trong điêu khắc, nghệ thuật5.3 Ứng dụng tia nước trong điêu khắc, nghệ thuật6.1 Kết hợp với máy cắt dây tia lửa điện6. Kết hợp các pp khác