Giáo trình Công nghệ laser - Chương 2: Giới thiệu Một số phương pháp gia công đặc biệt

ng làm việc: 
1 - Không khí 
2 - Xăng 
3 - Dầu biến thế 
 Hình 2-3 Mối liên hệ giữa điện áp U và khoảng cách giữa 
 các điện cực (δ) trong các môi tr−ờng khác nhau [8] 
Bề mặt đ−ợc gia công có độ nhấp nhô nhất định. Sự tạo nên những xung 
điện phụ thuộc vào những đỉnh nhấp nhô này tiếp xúc nhau và ở khoảng cách 
ngắn nhất. Quá trình tạo nên các xung tiếp theo sẽ ở vị trí khác có khoảng cách 
1
2U,V 
3
δ, àm 
 11
giữa các đỉnh nhấp nhô ngắn nhất. Hình dạng của anốt - "dụng cụ "quyết định hình 
dạng và kích th−ớc vật gia công. 
2.4.1 Gia công bằng tia lữa điện : [6],[8] 
Hình 2-4 Sơ đồ nguyên
Hình 2-5 Sơ đồ n
1 - Chất lỏng; 
2 - Chi tiết ; 
3 - Điện cực " dụ
4 - Băng tr−ợt ng
5 - Băng tr−ợt qu
 6 - Cơ cấu chuyể
 7 - Giá đỡ 
1
3 
2
1
 lý gia công bằng tia lữa điện. 
guyên lý máy gia công tia lữa điện [8] (trang 245) 
ng cụ " 
ang; 
a - lại 
n động lên - xuống; 
2 3 1- Chất lỏng
2- Chi tiết (cực d−ơng) 
3- Điện cực (cực âm/ kaôt - 
đóng vai trò là dụng cụ 
gia công) 
4
5
6
7
12
Hình 2-6 Sơ đồ nguyên lý máy gia công tia lữa điện không có tụ điện [8] 
4
2 
1- Chi tiết (anốt), 
2- Điện cực ca tốt (Dụng cụ gia công) 
3- Cơ cấu tạo rung, 
4- Nguồn điện 1 chiều 
 Vật liệu làm điện cực đ−ợc lựa chọn dựa vào vật liệu cần gia công và 
nguyên công cần thực hiện. 
 Nếu vật liệu cần gia công là đồng thanh thì sử dụng điện cực là hợp kim 
đồng; 
 Vật liệu gia công là vật liệu cứng thì điện cực dụng cụ đ−ợc chọn từ vật liệu 
W, Mo, ... Để gia công lỗ đ−ờng kính nhỏ thì sử dụng điện cực dụng cụ là đồng 
thanh. Gang và thép đ−ợc sử dụng cho đánh bóng và mài. 
 Nh−ợc điểm của ph−ơng pháp gia công tia lữa điện là không thể tránh khỏi 
độ côn độ không phẳng, không thể nhận đ−ợc những góc vát có góc nhọn; tốn hao 
nhiều vật liệu điện cực. 
Chế độ gia công điện ăn mòn đ−ợc chia ra 3 loại cứng, trung bình và mềm: 
 13
 Bảng 2 - 1 [8] 
Chế độ 
Gia công 
Công suất 
KVA 
Thời gian 
 một xung 
àks 
Tần suất 
 lặp lại 
1/s 
L−ợng tách 
kim loại 
mm3/ph 
Vật liệu cứng 30 - 3 10.000 - 100 50 - 3.000 30.000 - 100 
Vật liệu 
trung bình 
05 - 0,3 500 - 2000 1.000 - 10.000 200 - 30 
Vật liệu mềm 3.000 < 30 
 Chiều sâu vùng ảnh h−ởng nhiệt khi gia công : 
 Bảng 2-2 [8] 
 Chiều sâu vùng bị ảnh h−ởng nhiệt (mm) với dòng điện là : ( A ) 
 5 A 10A 30 A 50 A 100 A 300 A 
C45 0,08 0,1`2 0,17 - 
C45 
( Trạng thái rèn ) 
0,09 0,12 - - - 
C45 
TT Tôi HRC48 
0,08 0,12 0,14 0,17 0,19 0,36 
CD 80A 
Tôi, HRC 48 
0,07 0,15 0,17 0,18 - 
Gang GX 15 - 32 0,12 - 0,25 - 
 Năng suất của quá trình gia công tia lữa điện xác định l−ợng kim loại bị cắt 
trong đơn vị thời gian ( mm3/ph) hoặc (g/ ph ). 
 Khi ở chế độ gia công chính xác : 
 U <= 120 V 
 I ngắn mạch Tn m <= 1 A 
 Điện dung C <= 0,03 mkF 
L−ợng kim loại đ−ợc xác định theo công thức : 
 Q = 0,022 . C2/3.U3/2.I nm2/3 
Sơ đồ gia công tia lữa điện bằng dây điện cực di động (xem hình 2-7) 
 14
 Hình 2-7 Sơ đồ nguyên lý gia công bằng dây điện cực di động[8] trang 246 
1- Chi tiết điện cực 2 - Dây điện cực 3 - Đồ gá 
4 - Hệ thống quang học 5 - Bàn điều khiển toạ độ 
6 - Màn ảnh chép hình 7 - Đèn chiếu sáng(Cảm biến) 
Dây điện cực có d = 0,25 - 0,04 mm 
Sai số bàn toạ độ ± 3 àkm 
Công suất yêu cầu 300 - 500 W 
 Thiết bị này dùng để cắt những lỗ , vòng bên trong khép kín; có thể gia 
công mặt ngoài. Tốc độ cắt : 2/1 ..
2/13/1. mnIUCkV =
 Trong đố K - hệ số Đồng(Cu) K = 1,9 Mo K = 1,4 
 W K = 0,66 Hợp kim cứng K = 0,84 
Với - Môi tr−ờng gia công là xăng, 
 - Vận tốc gia công V = 12 mm/s 
 - Khoảng cách hai con lăn của dây điện cực = 15 mm 
2.4.2 Gia công bằng xung điện : 
Vật liệu "dụng cụ " - điện cực là : Cu, Al, grafít; 
Độ mài mòn dụng cụ giảm từ 3 - 5 lần 
Năng suất tăng và đạt từ 5.000 - 15.000 mm3/ ph 
 Để giảm độ nhấp nhô trên bề mặt ng−ời ta phải hạn chế dòng điện max 
 Imax = 50 A đối với thép và giảm dần cho đến cuối cùng là 5 A. 
 15
 Độ nhấp nhô bề mặt phụ thuộc chế độ gia công nh− sau : 
 H = CH . Ws
p 
 CH - Hệ số độ tinh khiết 
 CH = 90 àm/J đối với thép; 
 CH = 205 àm/J đối với Ni 7 hợp kim của nó; 
 CH = 67 àm/J đối với hợp kim cứng; 
 p - Hệ số p = 0,33 - 0,37 đối với thép; 
 p = 0,36 - 0,4 Thép bền nhiệt và thép Ni 
 Ws Năng l−ợng các xung ( J ) 
2.4.3 Gia công tia lửa điện dòng cao tần : 
 Tần số 300 K Hz 
 Công suất một xung 10-3 - 10-4 J 
 L−ợng kim loại cắt gọt mm3/ph 15 - 20 3 - 10 0,8 - 1,2 
 Độ bóng ∇7 - ∇6 ∇9 - ∇8 ∇10 - ∇9 
 T−ơng đ−ơng Ra (àm) 1,25 - 0,63 0,32 - 0,63 0,16 - 0,32 
 Tốc độ của đĩa quay : khi mài 30 - 40 m/s 
 Khi phay 15 - 20 m/s 
2.4.4 Ph−ơng pháp gia công điện tiếp xúc anốt - cơ 
 (Chiều dày gia công 80 - 160 mm) 
 Đây là ph−ơng pháp kết hợp điện hoá và cơ học : cắt, mài, tiện,... Ph−ơng 
pháp này dùng cho các loại vật liệu có tính dẫn điện (th−ờng dùng là dòng điện 
một chiều). 
 16
12 2
1
3
 a/ b/ 
 Hình 2 - 8 Sơ đồ nguyên lý mài cắt [6] trang 66 
a- Sơ đồ gia công thô (mài cắt bằng anôt - cơ 
 b - Sơ đồ gia công tinh có catốt di động 
1 - Điện cực catốt - " dụng cụ" 2 - Dung dịch điện phân; 
3 - Điện cực anốt "Chi tiết "; 
Dung dịch điện phân th−ờng dùng : Thuỷ tinh n−ớc có modun 2,25 - 2,75; 
ρ = 1,43 - 1,55 g/cm3. 
 - Điện áp một chièu : u = 20 - 25 V 
 Trong quá trình gia công có xảy ra hiện t−ợng phân cực tạo nên một màng 
mỏng trên bề mặt làm tăng điện trở, chống lại quá trình hoà tan anốt. Để đảm bảo 
quá trình liên tục ng−ời ta kết hợp quá trình phá huỷ bằng cơ học. 
 17
 Chế độ gia công anốt - cơ học Bảng 2- 4 [8] trang 251 
Nguyên công U 
V 
Mật độ 
dòng J 
A/cm
2
áp lực 
riêng lên 
dụng cụ 
KG/cm
2
Vận tốc 
dụng cụ 
m/s 
Q L−ợng kim 
loại đã cắt 
mm
3
/ph 
Cấp 
độ 
bóng 
Dạng gia 
công 
Cắt thép bằng 
đĩa 
20 -28 70-500 0,5-2,0 10-25 2000-6000 2-4 Thô 
Cắt HK cứng 
bằng đĩa 
12-18 40-150 0,5-1,0 20-25 1000-2000 3-5 
-/- 
Xọc 19-25 5-15 0,5-2 0,5-2 50-250 4-6 -/- 
Mài 16-20 8-15 0,5-1,5 20-30 10-30 6-7 -/- 
Mài dụng cụ 18-22 15-25 0,2-1,5 12-20 120-200 4-6 -/- 
Đánh bóng 14-16 3-7 0,5-1,5 20-30 2-15 8-10 Tinh 
Mài rà 4-5 0,5-1,0 0,5-5 0,5-1,0 2-3 10-12 -/- 
Mài nghiền 10-20 0,5-1,0 1,0-1,5 30 2-6 9-11 -/- 
Mài khôn 3-20 0,1-10 0,25-5 0,5-1,1 0,5-20 9-11 -/- 
2.5 Ph−ơng pháp gia công bằng siêu âm : hàn, mài - cắt, làm sạch... 
Sóng siêu âm còn ứng dụng để thay đổi tổ chức kim loại trong quá trình kết
tinh. Siêu âm th−ờng đ−ợc ứng dụng cho gia công các vật liệu cứng, dòn. Kim loại
màu ít đ−ợc ứng dụng ph−ơng pháp này để gia công.- 
 Hình 2-9 Sơ đồ nguyên lý hàn điểm bằng siêu âm 
1- Bộ phận tạo ra dao động siêu âm, 2- Bộ truyền dao động siêu âm, 
3- Thanh đỡ (điểm tựa) 4 Điện cực 5 Vật hàn, 6 Cơ cấu ép chi tiết 
 7- Nguồn điện cao tần, 8 N−ớc làm mát 
1 2 3 4 5
6
8
 18 
P
 a/ b/ 
 Hình 2-10 Sơ đồ gia công bằng siêu âm [8] [6] 
a/ Gia công cắt ; b/ Làm sạch bằng siêu âm 
2.6 Ph−ơng pháp gia công bằng điện hoá + bột mài 
 Hình 2-11Sơ đồ gia công đánh bóng cánh tuốc bin bằng điện hoá và bột mài [6] 
a/ Các điện cực đứng yên, chất điện phân (bột mài) chuyển động; ; 
b/ Chi tiết đứng yên, các điện cực chuyển động theo chiều mũi tên. 
b/
a/
a / b / 
2.7 Ph−ơng pháp gia công bằng hồ quang plasma 
Hồ quang plasma là dòng chuyển động các các phần tử bị ion hoá với trử năng 
lớn về nhiệt. Plasma là trạng thái mà vật chất tồn tại ở trạng thái các phần tử mang 
điện ( ion âm, ion d−ơng và các điện tử). Chùm tia plasma là một nguồn nhiệt tập 
 19
trung , nhiệt độ có thể đạt 20.000oC. Dòng plasma có thể làm nóng chảy các loại 
vật liệu kim loại : thép, hợp kim cứng,... 
Hồ quang plasma đ−ợc ứng dụng để gia công cắt, hàn đấp, phun đấp kim loại ; 
đặc biệt là đối với kim loại khó chảy và bất cứ các vật liệu cứng khác. Sử dụng 
plasma để gia công cắt gọt, làm sạch bề mặt; nung nóng khi hàn vảy và nhiệt luyện 
kim loại. 
Sơ đồ nguyên lý phun bằng hồ quang plasma 
 Để tạo nên dòng các ion ng−ời ta sử dụng sự phóng điện với khoảng cách 
lớn giữa hai điện cực. Hồ quang sẽ cháy trong một rãnh trụ kín cách điện với điện 
cực và đầu mỏ phun , đồng thời nó đ−ợc làm nguội mãnh liệt và bị ép bởi áp lực 
của dòng khí nén (khí trơ). Nhờ có hệ thống nh− vậy mà nhiệt độ có thể tăng lên 
10.000 - 20.000 oC. 
10
220V
12
78
9
11
6
54
3
2
1 
a / 
13
 20
 Hình 2-12 Sơ đồ nguyên lý phun đắp bằng plasma 
a/ Sơ đồ nguyên lý máy phun đắp bằng plasma ; 
b/ Sơ đồ cấu tạo đầu phun plasma (9) 
b/ 
1- Van n−ớc làm mát, 2 - Bình chứa khí để vận chuyển bột kim loại, 
3,6 - van giảm áp, 4 - Thiết bị chuyển tải bột kim loại đắp, 5- Bình chứa khí 
ổn định , 7- Van, Thiết bị kích thích hồ quang, 9- Đầu cắt hoặc đầu phun, 
10, 11, 12 các công tắc, 13 nguồn điện. 
 21
2.8 Ph−ơng pháp gia công bằng tia điện tử 
Sơ đồ nguyên lý 
Hình 2-14 Sơ đồ nguyên lý hàn bằng chùm tia điện tử 
a- dạng một cấp không có thiết bị tăng tốc 
b- dạng một cấp có thiết bị tăng tốc và điều khiển h−ờng đi của chùm tia 
 1-Catốt; 2- Catốt điều khiển chùm tia điện tử , 3- Chùm tia điện tử 
 4-Màng anôt 5- Buồng chân không (khoảng 10-5 - 10-6 mm Hg) 
 6- Cơ cấu hội tụ chùm tia bằng điện từ tr−ờng 
 7- Cửa quan sát 
8- Hệ thống điều khiển h−ớng đi của chùm tia điện tử bằng từ tr−ờng 
 9 - Vật hàn 
Thực chất của gia công bằng chùm tia điện tử là ứng dụng nguồn nhiệt sinh 
ra do động năng của các elect ron va dập lên bề mặt vật gia công. Năng luợng này 
đựơc biến từ động năng của các electron chuyển động rất nhanh trong chân không 
thành nhiệt năng khi va chạm lên bề mặt của kim loại. Vận tốc chuyển động của 
b/ 
2
4
1
5
6
7
a/ 
9
8
 22
điện tử (electron) phụ thuộc vào điện áp giữa 2 điểm của điện tr−ờng (katốt và 
anốt). 
 UemV .
2
2
= 
Ví dụ : Vận tốc elect ron có thể tính UV 600≈ (km/s) 
 Khi U = 10.000 V thì V = 60.000 km/s 
Điện áp gi−a 2 điện cực anốt và catốt có thể đạt từ 
20 - 50 KV 
có khi trên 100 KV 
 U - Điện áp giữa 2 điểm của điện tr−ờng 
 e - Điện tích của điện tử (electron) 
 m - Khối l−ợng của electron 
 23